§ 34. Речовини молекулярної та атомної будови

• До змісту відповідей

ДІЗНАЄТЕСЯ, ЗРОЗУМІЄТЕ, ВИКОРИСТАЄТЕ

Які фізичні властивості характерні для речовин молекулярної та атомної будови?

Речовини молекулярної будови мають низькі температури плавлення і кипіння, малу твердість, часто є леткими та не проводять електричний струм. Речовини атомної будови, навпаки, характеризуються дуже високими температурами плавлення, великою твердістю, практично не розчиняються у воді чи інших розчинниках та є нелеткими.

Як передбачати фізичні властивості речовини за її будовою?

Якщо речовина складається з молекул, між якими існують слабкі сили притягання (міжмолекулярна взаємодія), вона буде легкоплавкою та м’якою. Якщо ж речовина має атомну будову, де всі атоми сполучені міцними ковалентними зв’язками, вона буде дуже твердою та тугоплавкою.

Дізнайтеся з інтернету про харчові продукти, які називають сублімованими. Який процес покладено в основу їх виробництва? У чому сублімовані продукти мають перевагу порівняно зі «звичайними»?

В основу виробництва таких продуктів покладено процес сублімації — перехід речовини (у даному випадку води у вигляді льоду) з твердого стану безпосередньо в газуватий, оминаючи рідку фазу. Це дозволяє видалити вологу із заморожених продуктів у вакуумі. Перевага сублімованих продуктів полягає в тому, що вони зберігають більшість поживних речовин, вітамінів, природний смак і аромат, мають малу вагу та тривалий термін зберігання.

Поясніть цю властивість речовин, які складаються з молекул.

Молекулярні речовини не проводять електричний струм у будь-якому агрегатному стані, оскільки вони складаються з електронейтральних частинок — молекул. У таких речовинах відсутні вільні носії електричного заряду (вільні електрони або йони), необхідні для виникнення електричного струму.

Укажіть атоми Силіцію та Оксигену в моделі будови кварцу (мал. 89). За цією моделлю визначте валентність хімічних елементів у речовині.

Примітка: У наданому джерелі (с. 93) це мал. 34 (Кварц $SiO_2$).
У моделі кварцу більші кульки позначають атоми Силіцію ($Si$), а менші — атоми Оксигену ($O$). Кожен атом Силіцію сполучений із чотирма атомами Оксигену, тому валентність Силіцію дорівнює IV. Кожен атом Оксигену сполучений із двома атомами Силіцію, тому валентність Оксигену дорівнює II.

Наведіть приклади використання речовин з високою твердістю.

Алмаз ($C$) використовують для виготовлення різальних інструментів, свердел та ювелірних прикрас. Карборунд ($SiC$) та корунд ($Al_2O_3$) застосовують як абразивні матеріали для шліфування та обробки поверхонь. Кварц ($SiO_2$) використовують у виробництві скла та електроніки.

ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ

Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про найпростішу та істинну формули речовини, фізичні властивості речовин молекулярної та атомної будови.

Істинна формула відображає реальний склад молекули речовини (наприклад, $H_2O_2$), а найпростіша формула показує співвідношення кількості атомів у ній (наприклад, $HO$). Речовини молекулярної будови характеризуються низькими температурами плавлення і кипіння, леткістю, наявністю запаху та низькою твердістю. Речовини атомної будови мають високу твердість, високі температури плавлення та кипіння, нерозчинні у воді та нелеткі.

Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам / однокласницям. Порівняйте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.

Запитання: Чому «сухий лід» ($CO_2$) випаровується, не залишаючи калюжі, а звичайний лід ($H_2O$) тане?
Відповідь: Твердий вуглекислий газ має молекулярну будову і здатний до сублімації — переходу з твердого стану в газуватий за звичайних умов. Вода також має молекулярну будову, але за звичайних умов лід спочатку плавиться, переходячи у рідкий стан.

ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ

353. Назвіть кілька речовин молекулярної та атомної будови, які ми використовуємо в побуті.

До речовин молекулярної будови належать вода ($H_2O$), цукор ($C_{12}H_{22}O_{11}$), оцтова кислота ($CH_3COOH$), йод ($I_2$). Речовинами атомної будови є графіт ($C$) у олівцях та кварцовий пісок ($SiO_2$), що є основою скла.

354. У параграфі наведено хімічну формулу оцтової кислоти $CH_3COOH$. Це — істинна формула речовини. Чи є вона найпростішою? Якщо ні, то запишіть найпростішу формулу цієї кислоти.

Формула $CH_3COOH$ (або сумарно $C_2H_4O_2$) не є найпростішою, оскільки індекси можна скоротити на 2. Співвідношення атомів $C:H:O$ становить $1:2:1$. Отже, найпростіша формула оцтової кислоти — $CH_2O$.

ПЕРЕВІРМО СЕБЕ

355. Сполука Х за стандартних умов перебуває у твердому стані, має запах, а за помірного нагрівання плавиться. З яких частинок вона складається — атомів чи молекул?

Сполука складається з молекул. На це вказують наявність запаху (леткість) та низька температура плавлення, що є ознаками слабкої міжмолекулярної взаємодії, характерної для речовин молекулярної будови.

АНАЛІЗУЙМО

356. Температури кипіння рідких гелію, неону й аргону становлять –269, –246 і –186 °С відповідно. Побудуйте графік залежності температур кипіння цих простих речовин від відносних атомних мас. Спробуйте пояснити виявлену залежність.

Зі збільшенням відносної атомної маси інертних газів ($Ar(He) \approx 4$, $Ar(Ne) \approx 20$, $Ar(Ar) \approx 40$) зростає їхня температура кипіння. Це пояснюється тим, що зі збільшенням маси та розмірів атомів посилюються слабкі сили притягання між ними, тому для переходу речовини в газуватий стан потрібно більше енергії.

ДІЗНАВАЙМОСЯ

357. Графіт і алмаз — прості речовини Карбону, які мають атомну будову, але дуже різняться твердістю. За матеріалами з інтернету з’ясуйте причину такої відмінності.

Причина полягає у відмінності будови кристалічних ґраток. В алмазі кожен атом Карбону міцно сполучений ковалентними зв’язками з чотирма іншими атомами, утворюючи міцний тривимірний каркас. У графіті атоми розміщені шарами; зв’язки в межах шару міцні, але між шарами діють слабкі сили притягання, що дозволяє шарам ковзати один відносно одного (тому графіт м’який).

ПОМІРКУЙМО

358. Чому сполуки $CO_2$ і $SiO_2$ істотно різняться фізичними властивостями, хоча в цих речовинах реалізується один і той самий вид хімічного зв’язку — ковалентний?

Різниця зумовлена типом кристалічних ґраток. $CO_2$ має молекулярну будову зі слабкою міжмолекулярною взаємодією, тому це газ. $SiO_2$ має атомну будову, де всі атоми сполучені міцними ковалентними зв’язками в єдиний каркас, тому це тверда тугоплавка речовина.

359. Карборунд $SiC$ — сполука атомної будови. Спрогнозуйте фізичні властивості речовини та перевірте своє передбачення, відшукавши необхідну інформацію в інтернеті.

Оскільки карборунд має атомну будову, подібну до алмазу (Карбон і Силіцій — елементи IV групи), він має бути дуже твердим, тугоплавким і нерозчинним. Перевірка підтверджує: $SiC$ має твердість, близьку до алмазу, плавиться при температурі близько $2730\ ^\circ\text{C}$ і є хімічно інертним.

У КОМАНДІ

360. Назвіть кілька речовин і сумішей, що мають запах і використовуються в кулінарії. З атомів чи молекул складаються ці речовини та відповідні компоненти сумішей?

Речовини: оцтова кислота (оцет), ванілін. Суміші: кориця, гвоздика, перець (містять ефірні олії). Ці речовини складаються з молекул, оскільки наявність запаху свідчить про леткість, що характерно для молекулярних сполук.

361. У м. Брюссель (Бельгія) є монумент «Атоміум» (мал. 90), який було споруджено до відкриття Всесвітньої виставки у 1958 р. Спробуйте пояснити назву цього монумента. (Можливо, запропонуєте для нього іншу назву.)

Назва «Атоміум» походить від слова «атом». Споруда являє собою модель елементарної комірки кристалічних ґраток заліза ($Fe$), збільшену в 165 мільярдів разів. Дев’ять сфер символізують атоми, об’єднані в структуру металу. Альтернативною назвою могло б бути «Ферум» або «Кристал».

ФОРМУЙМО СЛОВНИЧОК

362. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.

• Молекулярна будова — molecular structure
• Атомна будова — atomic structure
• Істинна формула — true (molecular) formula
• Найпростіша формула — empirical formula
• Сублімація — sublimation
• Леткість — volatility
• Міжмолекулярна взаємодія — intermolecular interaction

ОЦІНЮЙМО СВОЇ ЗНАННЯ

363. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.

364. Виконайте розміщені за QR-кодом або покликанням завдання за матеріалом параграфів 31—34.

Завдання передбачає самостійну роботу з інтерактивними вправами для закріплення матеріалу про типи хімічного зв’язку та будову речовини.