Сторінка
1

Взаємозв'язок складу, будови, властивостей і застосування неорганічних та органічних сполук

Протягом усього курсу хімії ви вивчали властивості різних речовин у нерозривному зв'язку з їх складом і будовою. Це дало вам змогу характеризувати речовини цілком свідомо. Наприклад, на початку курсу ви вивчали властивості кисню, водню, води на основі атомно-молекулярних уявлень і навчилися пояснювати властивості з погляду складу цих речовин.

Далі ваші знання збагатилися конкретним матеріалом про речовини та їх перетворення. Ви довідалися про різні типи хімічного зв'язку і засвоїли закономірність про залежність деяких фізичних властивостей речовин від тип} кристалічних ґраток і вже знаєте: якщо відома будова речовин, то можна передбачити їхні властивості, і навпаки: якщо відомі властивості речовин, то можна визначити їхню будову.

Наприклад, вам пропонують визначити властивості хлориду калію КСl. Знаючи, що ця речовина має йонний зв'язок, що у кристалах між йолами К+ і Cl- діють і забезпечують міцність зв’язку кулонівські сили притягання, ви доходите висновку, що хлорид калію — тверда речовина, тугоплавка, нелетка (малолетка). Або вам пропонують, наприклад, порівняти речовини фторид натрію NaF, фтор F2 і фтороводень HF, і передбачити, яка з них буде найтугоплавкіша, а яка — найлегшеплавкішою. Ви одразу ж звернете увагу на склад і будову цих речовин. Фторид натрію NaF складається з атомів Натрію і Флуору, які дуже різняться один від одного своєю електронегативністю. Атом Флуору як більш електронегативний відтягуватиме на себе єдиний електрон із зовнішньої електронної оболонки атома Натрію, внаслідок чого виникнуть йоли. Отже, ця сполука з йонним зв'язком. Звідси виходить, що у вузлах кристалічних ґраток містяться йоли Na+ і F-. Між ними діють електростатичні сили притягання, які порівняно великі. Тому, щоб розплавити фторид натрію, потрібно ці сили подолати, зруйнувати кристалічні ґратки. А це означає, що температура плавлення фториду натрію має бути високою.

Молекула фтороводню HF теж складається з атомів різних хімічних елементів, але обидва вони — неметали. Отже, зв'язок між ними ковалентний, але дуже полярний, оскільки електронегативність Флуору значно вища, ніж Гідрогену. Сили зчеплення між полярними молекулами фтороводню HF більші, ніж між неполярними молекулами фтору F2 Тому температура плавлення фтороводню HF повинна бути вищою, ніж у фтору F2, але набагато нижчою, ніж у фториду натрію NaF, бо це йонна сполука.

А коли ви почали вивчення органічних сполук, то помітили, що залежність властивостей речовин від їхнього складу і будови особливо яскраво виявляється на прикладі органічних речовин. Виявленню цієї закономірності сприяє теорія хімічної будови, на основі якої ви вивчали органічні сполуки. Ця теорія і розкрила нову сторінку зв'язку між складом, будовою і властивостями речовин.

Так, наприклад, якщо вам пропонують порівняти властивості пропілену C3H6 і пропану С3Н8, то ви передусім звертаєте увагу на склад і будову цих сполук. Якісний склад у них однаковий: ці речовини складаються з атомів Карбону і Гідрогену, а кількісний склад різний: на одну й ту саму кількість атомів Карбону (на три) припадає різна кількість атомів Гідрогену (6 і 8). Отже, у молекулі пропілену не вистачає двох атомів Гідрогену до повного насичення всіх валентностей атомів Карбону. Це означає, що пропілен — ненасичений вуглеводень з одним подвійним зв'язком СН3 - СН=СН2. У молекулі ж пропану всі валентності атомів Карбону повністю насичені атомами Гідрогену, тому зв'язки в його молекулі ординарні, тобто прості СН3—СН2—СН3.

Відмінність у будові молекул цих вуглеводнів зумовлює відмінність і в їхніх хімічних властивостях. Так, пропілен легко окиснюється перманганатом калію КМnО4 (фіолетове забарвлення розчину швидко зникає), а пропан, будучи насиченим вуглеводнем, за цих умов не окиснюється.

Пропілен завдяки подвійному зв'язку вступає в реакції сполучення - приєднує водень, галогени, галогеноводні:

СН3—СН=СН2 + Н2 → СН3—СН2—СН3

Пропілен Пропан

СН3—СН=СН2 + Вr2 → СН3—СН—СН2

‌ ‌

Вr Вr

1,2-Дибромопропан

СН3—СН=СН2 + НВr → СН3—СН—СН3

‌

Вr

2-Бромопропан

Молекули пропілену завдяки подвійному зв'язку можуть сполучатися одна з одною, утворюючи довгі ланцюги молекул:

nСН2 = CН → (–СН2–СН–)n

‌ ‌

СН3 СН3

Пропілен Поліпропілен

Пропан у реакції сполучення з іншими речовинами і в реакцію полімеризації не вступає, оскільки атоми Карбону в його молекулі вже повністю виявили свою валентність, і вони не мають більше електронів для встановлення додаткових ковалентних зв'язків. Він повністю насичений атомами Гідрогену.

Проте є і спільна властивість у пропану і пропілену — це їхня горючість:

С3Н8 + 5О2 → 3СО2 + 4Н2О

2С3Н6 + 9О2 → 6СО2 + 6Н2О

Вона пояснюється однаковим якісним складом цих вуглеводнів (Карбон і Гідроген).

Застосування речовин залежить від тих властивостей, які для них характерні. Так, якщо кисень О2 має властивість підтримувати горіння і дихання, то й застосовують його переважно для спалювання палива, виплавляння чавуну, під час різання і зварювання металів, у медицині.

Якщо метан, наприклад, здатен горіти, виділяючи багато теплоти, то й використовують його як паливо у побуті та на виробництві. Проте останнім часом метан дедалі більше застосовують як хімічну сировину, що також ґрунтується на його властивостях. Так, здатність метану розкладатися на прості речовини під час сильного нагрівання використовується для виробництва сажі, яка потрібна для виготовлення друкарської фарби, гумових виробів із каучуку тощо:

СН4 → C + 2H2 ↑

Метан використовують як сировину для добування водню, необхідного для синтезу аміаку і реакцій гідрування в органічному синтезі:

N2 + 3Н2 ↔ 2NH3

С17Н33СООН + Н2 ↔ C17H35COOH

Олеїнова кислота Стеаринова кислота

Здатність метану вступати в реакції хлорування використовується для добування хлоропохідних метану:

СН4 + Сl2 → СН3Сl + НС1