Доклад по теме Строение вещества

Министерство образования и науки

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа №70»

Доклад по химии на тему:

«Строение вещества»

Минина Вероника 11т

Дзержинск

2023-2024 г.

Атом

Атомы — это основные строительные блоки всего сущего. Они состоят из ядра, которое содержит протоны и нейтроны, и электронов, которые обращаются вокруг ядра по определенным орбитам.

Каждый элемент в таблице Менделеева состоит из атомов определенного типа, имеющих уникальное количество протонов в ядре. Например, углерод имеет 6 протонов в ядре, а кислород — 8. Это количество протонов определяет химические свойства элемента и его положение в периодической системе.

Когда атомы объединяются, они образуют молекулы. Молекулы могут быть простыми или сложными, состоять из одного или нескольких элементов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (H₂O).

Валентность

Валентность – это способность атома образовывать химические связи с другими атомами. Такие связи создаются за счет электронов, расположенных на внешнем электронном слое. Поэтому количественной мерой валентности становится число совместных связей между атомами.

Межатомное взаимодействие и связи

Межатомное взаимодействие играет важную роль в строении вещества. Оно определяет, какие атомы могут связываться друг с другом и образовывать соединения. Существуют различные виды связей, такие как ионные, ковалентные и металлические.

Ионные связи образуются между атомами с разными зарядами. В этом случае один атом отдает один или несколько электронов другому атому. Таким образом, образуется положительно ион и отрицательно ион, которые притягиваются друг к другу, образуя прочную связь.

Ковалентные связи образуются, когда атомы делят свои электроны между собой. Они позволяют образовывать различные молекулы и соединения с разнообразными свойствами. Ковалентные связи сильны и могут быть очень стабильными.

Металлические связи характерны для металлов. Атомы металлов образуют сеть, в которой их электроны могут свободно двигаться. Это дает металлам такие свойства, как проводимость тока и тепла, а также способность быть гибкими и легкообрабатываемыми.

Фазы вещества: состояния материи

Вещество может находиться в трех различных фазах: твердой, жидкой и газообразной. Переход между фазами происходит при изменении температуры и давления.

Твердое вещество имеет фиксированную форму и объем. Молекулы в твердом веществе находятся вокруг определенных положений и совершают небольшие колебания вокруг этих положений.

Жидкое вещество не имеет фиксированной формы, но имеет фиксированный объем. Молекулы в жидкости могут свободно двигаться друг относительно друга, что позволяет жидкости принимать форму сосуда, в котором она находится.

Газообразное вещество не имеет фиксированной формы и объема. Молекулы в газе свободно движутся и заполняют все доступное пространство. Газы легко сжимаются и расширяются, что позволяет им изменять свой объем.

Виды веществ

Вещества определяются как молекулярные и немолекулярные, в зависимости от того, из каких частиц они состоят. Разные типы частиц создают разные виды взаимосвязей, и это определяет физические и химические свойства соединений.

Имеющие молекулярное строение

Здесь связи между отдельными молекулами относительно слабые, поэтому легко разрываются при нагреве, причем тем легче, чем меньше молекулярная масса. Поэтому такие вещества плавятся при низких температурах и в нормальных условиях многие из них находятся в жидком или газообразном состоянии.

Это могут быть простые вещества: сера (S8), азот (N2), кислород (O2) и сложные, например, оксиды азота с разной валентностью (N2O, NO, N2O5, NO3), углекислый газ (CO2), серная кислота (H2SO4).

Самый известный пример такого рода — вода. Человеческое тело содержит около 65% воды. Даже шкала Цельсия привязана к ее плавлению (0°С) и кипению (100°С). В нормальных условиях это жидкость, но в природе встречается во всех трех агрегатных состояниях в виде снега или льда, воды и пара. Электрическая полярность молекулы задает воде интересные особенности. Например, ее удельная теплоемкость настолько велика, что это делает ее одним из главных регуляторов климата Земли. Интересно, что наибольшей плотности она достигает не в виде льда, а в жидком состоянии, при 4 °C. Поэтому возле дна скапливается самая тяжелая вода, не достигающая замерзания, а более легкий твердый лед выталкивается наверх.

Строящиеся из немолекулярных частиц

Целые классы соединений состоят не из молекул, а из атомов или ионов. Поскольку электрические связи разно заряженных ионов или ковалентные атомные связи крепче, чем межмолекулярные, они разрушаются при нагреве гораздо труднее. Поэтому такие вещества, как правило, имеют твердую форму и высокие температуры плавления и кипения. Их определяют как вещества немолекулярного строения.

Примеры:

• Атомные вещества.

• Металлы: натрий (Na), железо (Fe), медь (Cu).

• Неметаллы: бор (B), кремний (Si), углерод в аллотропных формах графита и алмаза.

• Ионные.

• Соли: поваренная соль (NaCl), сульфат натрия (Na2SO4).

• Гидриды: лития (LiH).

• Оксиды: кальция (CaO), магния (MgO).

• Основания: натрия (NaOH), калия (KOH).

Таблица молекулярного и немолекулярного строения вещества:

Аморфные и кристаллические вещества

Твердые вещества могут быть аморфными или кристаллическими.

Кристаллические отличаются тем, что их структурные единицы располагаются в повторяющемся порядке, образуя кристаллические решетки.

Аморфные соединения имеют в своем составе длинные тяжелые молекулы, которые не помещаются в правильные структуры кристаллических решеток, и поэтому переход из твердого состояния в жидкое у них совершается постепенно, без четкой границы. То есть аморфные вещества не имеют точно определенной температуры плавления. Очень знакомый пример такого типа — пластилин, который используется в мягком, а не твердом или жидком состоянии. Также это различные пластмассы, смолы, стекло. Пластичность и мягкость разогретого стекла дает возможность лепить из него, как из пластилина, только не руками, а инструментами. Стеклянная посуда, лампочки, трубки, оконное стекло — все это было бы невозможно сделать из кристаллических веществ. А как выручают человека полиэтиленовые бутылки и фасовочные пакетики.

Еще один близкий пример — сахарная карамель. Она при нагревании становится тягучей, мягкой, как и все аморфные вещества. А если дать карамели залежаться в сухом помещении несколько месяцев, ее поверхность покроется белым налетом маленьких кристаллов сахара. То есть некоторые аморфные вещества способны переходить в кристаллическую форму.

Типы кристаллических решеток

Разные виды частиц образуют разные кристаллические решетки. Существует 4 их типа:

• ионные;

• атомные;

• молекулярные;

• металлические.

Ионный тип кристалла

Это вид решетки, образуемый ионами — частицами, несущими на себе разноименные электрические заряды, чередующиеся в узлах решетки. Электроотрицательность анионов притягивает к себе положительно заряженные катионы, что придает решетке твердость. Поэтому такие соединения тугоплавки, зато хрупки, обладают хорошей растворимостью в воде и электропроводностью. Это основания, основные оксиды, органические и неорганические соли.

Пример такого кристалла — обычная поваренная соль, хлорид натрия. Его кубическая решетка сформирована катионами Na+ и анионами Cl-.

Атомная решетка

Этот вид кристаллов сформирован атомами, образующими между собой полярные и неполярные ковалентные связи. Такие связи очень прочны, поэтому эти вещества обладают высокой твердостью, тугоплавки и не растворяются в воде. В природе они мало распространены.

Характерный пример — углерод, имеющий две аллотропных формы, и обе — атомного типа.

Кристалл графита имеет слоистую структуру, атомы в слоях расположены по углам шестиугольника, расстояние между слоями значительно больше и межатомные связи слабее, чем внутри слоя. Поэтому кристалл хрупкий, легко расслаивается и крошится. Благодаря этому свойству, графит используется в карандашах или в виде графитовой смазки.

Алмаз — очень плотный кристалл кубической формы, среди природных минералов имеет наивысшую твердость. Образуется такая форма углерода из графита при очень высоких температуре и давлении.

Другие примеры: бор (B), германий (Ge), кремний (Si), оксид кремния (SiO2), карбид (B4C) и нитрид (BN) бора.

Состоящая из молекул

Такая решетка имеет в узлах молекулы. Силы межмолекулярного притяжения относительно слабее, и это определяет свойства веществ с молекулярной кристаллической решеткой — их кристаллы непрочные, плавятся при низких температурах, не электропроводны.

Примеры веществ с молекулярной кристаллической решеткой: полярной ковалентной связью обладает вода (H2O); а соединения неполярной ковалентной связью — твердый оксид углерода (CO2), сера (S8).

Очень интересно, что сера образует два вида кристаллов. В нормальных условиях кристаллы серы имеют интересную усечённо-ромбическую форму, а при 96 °C и выше вырастают длинные игольчатые кристаллы.

Также молекулярные кристаллы образуют многие из твердых органических соединений с достаточно сложной формулой: сахар, глюкоза.

Металлическая решетка

Эта решетка выделяется из общего ряда необычностью строения. Атомы металла, расположенные в узлах решетки, легко расстаются с внешними электронами, что превращает атом в катион, а свободно блуждающие электроны создают делокализованное электронное облако. Эта необычность определяет характерные особенности металлов: ковкость, пластичность, металлический блеск, электро- и теплопроводность.

Ионы более химически активны, чем электронейтральные атомы, этим объясняется способность металлов к поверхностному окислению. Окислы некоторых металлов, например, алюминия, образуют пленку, защищающую поверхность от контакта с кислородом воздуха. Такая особенность даже используется для защиты металлических изделий. Металлы, окислы которых образуют рыхлую структуру (например, железо), подвержены коррозии в гораздо большей степени. Примеры: железо (Fe), серебро (Ag), медь (Cu), алюминий (Al).