Gas, cairan, dan padatan termasuk dalam makrosistem. Ilmu atom-molekul. Unsur kimia Oksida dalam keadaan padat terdiri dari molekul
Ilmu atom-molekul dikembangkan dan pertama kali diterapkan dalam kimia oleh ilmuwan besar Rusia M.V. Ketentuan pokok doktrin ini dituangkan dalam karya “Elements of Mathematical Chemistry” (1741) dan sejumlah karya lainnya. Intisari ajaran Lomonosov dapat direduksi menjadi ketentuan sebagai berikut.
1. Semua zat terdiri dari “sel darah” (sebagaimana Lomonosov menyebut molekul).
2. Molekul terdiri dari “elemen” (sebagaimana Lomonosov menyebut atom).
3. Partikel - molekul dan atom - bergerak terus menerus. Keadaan termal suatu benda adalah hasil pergerakan partikelnya.
4. Molekul zat sederhana terdiri dari atom yang identik, molekul zat kompleks terdiri dari atom yang berbeda.
67 tahun setelah Lomonosov, ilmuwan Inggris John Dalton menerapkan pengajaran atomistik pada kimia. Ia menguraikan prinsip dasar atomisme dalam buku “A New System of Chemical Philosophy” (1808). Pada intinya, ajaran Dalton mengulangi ajaran Lomonosov. Namun, Dalton menyangkal keberadaan molekul dalam zat sederhana, yang merupakan sebuah langkah mundur dibandingkan dengan ajaran Lomonosov. Menurut Dalton, zat sederhana hanya terdiri dari atom, dan hanya zat kompleks yang terdiri dari “atom kompleks” (dalam pengertian modern, molekul). Teori atom-molekul dalam kimia akhirnya baru terbentuk pada pertengahan abad ke-19. Pada kongres ahli kimia internasional di Karlsruhe pada tahun 1860, definisi konsep molekul dan atom diadopsi.
Molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat yang memiliki sifat kimianya. Sifat kimia suatu molekul ditentukan oleh komposisi dan struktur kimianya.
Atom adalah partikel terkecil suatu unsur kimia yang merupakan bagian dari molekul zat sederhana dan kompleks. Sifat kimia suatu unsur ditentukan oleh struktur atomnya. Hal ini mengarah pada definisi atom yang sesuai dengan konsep modern:
Atom adalah partikel netral secara listrik yang terdiri dari inti atom bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif.
Menurut konsep modern, zat dalam bentuk gas dan uap terdiri dari molekul. Dalam keadaan padat, hanya zat yang kisi kristalnya memiliki struktur molekul yang terdiri dari molekul. Sebagian besar zat anorganik padat tidak memiliki struktur molekul: kisinya tidak terdiri dari molekul, tetapi partikel lain (ion, atom); mereka ada dalam bentuk makrobodi (kristal natrium klorida, sepotong tembaga, dll.). Garam, oksida logam, berlian, silikon, dan logam tidak memiliki struktur molekul.
Unsur kimia
Ilmu atom-molekul memungkinkan untuk menjelaskan konsep dasar dan hukum kimia. Dari sudut pandang teori atom-molekul, unsur kimia adalah setiap jenis atom. Ciri terpenting suatu atom adalah muatan positif intinya, yang secara numerik sama dengan nomor atom unsur tersebut. Nilai muatan inti berfungsi sebagai ciri khas berbagai jenis atom, yang memungkinkan kita memberikan definisi yang lebih lengkap tentang konsep suatu unsur:
Unsur kimia- Ini adalah jenis atom tertentu dengan muatan positif yang sama pada intinya.
Ada 107 unsur yang diketahui. Saat ini, pekerjaan terus dilakukan pada produksi buatan unsur kimia dengan nomor atom lebih tinggi.
Semua unsur biasanya dibagi menjadi logam dan nonlogam. Namun pembagian ini bersifat kondisional. Karakteristik penting dari unsur-unsur adalah kelimpahannya di kerak bumi, yaitu di lapisan atas bumi yang padat, yang ketebalannya diperkirakan sekitar 16 km. Sebaran unsur-unsur di kerak bumi dipelajari oleh geokimia – ilmu kimia bumi. Ahli geokimia A.P. Vinogradov menyusun tabel komposisi kimia rata-rata kerak bumi. Menurut data ini, unsur yang paling umum adalah oksigen - 47,2% massa kerak bumi, diikuti oleh silikon - 27,6, aluminium - 8,80, besi -5,10, kalsium - 3,6, natrium - 2,64, kalium - 2,6, magnesium - 2,10, hidrogen - 0,15%.
Struktur molekul dan nonmolekul suatu zat. Struktur materi
Bukan atom atau molekul individu yang terlibat dalam interaksi kimia, tetapi zat. Zat diklasifikasikan menurut jenis ikatannya molekuler Dan struktur non-molekul. Zat yang tersusun atas molekul disebut zat molekuler. Ikatan antar molekul dalam zat tersebut sangat lemah, jauh lebih lemah dibandingkan antar atom di dalam molekul, dan bahkan pada suhu yang relatif rendah ikatan tersebut putus - zat berubah menjadi cair dan kemudian menjadi gas (sublimasi yodium). Titik leleh dan titik didih zat yang terdiri dari molekul meningkat seiring dengan bertambahnya berat molekul. KE zat molekuler termasuk zat yang berstruktur atom (C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W), diantaranya ada logam dan non logam. Untuk zat struktur non-molekul termasuk senyawa ionik. Sebagian besar senyawa logam dengan nonlogam memiliki struktur berikut: semua garam (NaCl, K 2 SO 4), beberapa hidrida (LiH) dan oksida (CaO, MgO, FeO), basa (NaOH, KOH). Zat ionik (non-molekul). mempunyai titik leleh dan titik didih yang tinggi.
Padatan: amorf dan kristal
Padatan dibagi menjadi kristalin dan amorf.
Zat amorf mereka tidak memiliki titik leleh yang jelas - ketika dipanaskan, mereka secara bertahap melunak dan berubah menjadi cairan. Misalnya, plastisin dan berbagai resin berada dalam keadaan amorf.
Zat kristal dicirikan oleh susunan yang benar dari partikel-partikel penyusunnya: atom, molekul, dan ion - pada titik-titik tertentu dalam ruang. Ketika titik-titik ini dihubungkan oleh garis lurus, maka terbentuklah kerangka spasial yang disebut kisi kristal. Titik-titik di mana partikel kristal berada disebut simpul kisi. Tergantung pada jenis partikel yang terletak di simpul kisi kristal dan sifat hubungan di antara mereka, empat jenis kisi kristal dibedakan: ionik, atom, molekuler, dan logam.
Kisi kristal disebut ionik, di simpulnya terdapat ion. Mereka dibentuk oleh zat dengan ikatan ionik, yang dapat mengikat ion sederhana Na+, Cl -, dan kompleks SO 4 2-, OH -. Akibatnya, garam dan beberapa oksida dan hidroksida logam memiliki kisi kristal ionik. Misalnya, kristal natrium klorida dibuat dari ion Na + positif dan Cl - negatif secara bergantian, membentuk kisi berbentuk kubus. Ikatan antar ion dalam kristal semacam itu sangat stabil. Oleh karena itu, zat dengan kisi ionik dicirikan oleh kekerasan dan kekuatan yang relatif tinggi, tahan api dan tidak mudah menguap.
Kisi kristal - a) dan kisi amorf - b).
Kisi kristal - a) dan kisi amorf - b). Kisi kristal atom
atom disebut kisi kristal, di simpul-simpulnya terdapat atom-atom individual. Dalam kisi-kisi seperti itu, atom-atom terhubung satu sama lain ikatan kovalen yang sangat kuat. Contoh zat dengan kisi kristal jenis ini adalah intan, salah satu modifikasi alotropik karbon. Sebagian besar zat dengan kisi kristal atom memiliki titik leleh yang sangat tinggi (misalnya, untuk berlian lebih dari 3500 ° C), kuat dan keras, dan praktis tidak larut.
Kisi kristal molekul
Molekuler disebut kisi kristal, di simpul-simpul tempat molekul berada. Ikatan kimia dalam molekul-molekul ini dapat bersifat polar (HCl, H 2 O) dan non-polar (N 2, O 2). Terlepas dari kenyataan bahwa atom-atom di dalam molekul dihubungkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, gaya tarik-menarik antarmolekul yang lemah bekerja di antara molekul-molekul itu sendiri. Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal molekuler memiliki kekerasan yang rendah, titik leleh yang rendah, dan mudah menguap. Sebagian besar senyawa organik padat memiliki kisi kristal molekul (naftalena, glukosa, gula).
Kisi kristal molekul (karbon dioksida) Kisi kristal logam
Zat dengan ikatan logam memiliki kisi kristal logam. Di simpul-simpul kisi-kisi tersebut ada atom dan ion(baik atom atau ion yang mudah diubah oleh atom logam, melepaskan elektron terluarnya “untuk penggunaan umum”). Struktur internal logam ini menentukan sifat fisik karakteristiknya: kelenturan, keuletan, konduktivitas listrik dan termal, karakteristik kilau logam.
Lembar contekan
Molekul yang pusat gravitasi bagian bermuatan positif dan negatifnya tidak bertepatan disebut dipol. Mari kita definisikan konsep "dipol".
Dipol adalah gabungan dua muatan listrik berlawanan yang besarnya sama, terletak pada jarak tertentu satu sama lain.
Molekul hidrogen H2 bukanlah dipol (Gbr. 50 A), dan molekul hidrogen klorida adalah dipol (Gbr. 50 B). Molekul air juga merupakan dipol. Pasangan elektron dalam H 2 O sebagian besar bergeser dari atom hidrogen ke atom oksigen.
Pusat gravitasi muatan negatif terletak di dekat atom oksigen, dan pusat gravitasi muatan positif terletak di dekat atom hidrogen.
Dalam zat kristal, atom, ion, atau molekul berada dalam urutan yang ketat.
Tempat dimana partikel tersebut berada disebut simpul kisi kristal. Posisi atom, ion atau molekul dalam simpul kisi kristal ditunjukkan pada Gambar. 51.
di g
Beras. 51. Model kisi kristal (satu bidang kristal curah ditampilkan): A) kovalen atau atom (berlian C, silikon Si, kuarsa SiO 2); B) ionik (NaCl); V) molekuler (es, I 2); G) logam (Li, Fe). Dalam model kisi logam, titik melambangkan elektron
Berdasarkan jenis ikatan kimia antar partikel, kisi kristal dibagi menjadi kovalen (atom), ionik, dan logam. Ada jenis kisi kristal lain - molekuler. Dalam kisi seperti itu, molekul-molekul individu disatukan oleh kekuatan tarik-menarik antarmolekul.
Kristal ionik(Gbr. 51 B) mengandung ion bermuatan positif dan negatif di lokasi kisi kristal. Kisi kristal dibangun sedemikian rupa sehingga gaya tarik elektrostatis dari ion bermuatan berbeda dan gaya tolak menolak ion bermuatan serupa seimbang. Kisi kristal seperti itu merupakan ciri senyawa seperti LiF, NaCl dan banyak lainnya.
Kristal molekul(Gbr. 51 V) mengandung molekul dipol pada simpul kristal, yang terikat relatif satu sama lain oleh gaya tarik elektrostatis, seperti ion dalam kisi kristal ionik. Misalnya, es adalah kisi kristal molekuler yang dibentuk oleh dipol air. Pada Gambar. 51 V Simbol untuk muatan tidak ditampilkan agar tidak membebani gambar.
kristal logam(Gbr. 51 G) mengandung ion bermuatan positif di lokasi kisi kristal. Beberapa elektron terluar bergerak bebas di antara ion-ion. " Gas elektronik"memegang ion bermuatan positif di simpul kisi kristal. Ketika dipukul, logam tidak pecah seperti es, kuarsa atau kristal garam, tetapi hanya berubah bentuk. Elektron, karena mobilitasnya, punya waktu untuk bergerak pada saat tumbukan. dan menahan ion pada posisi barunya. Itulah sebabnya logam ditempa dan plastis, ditekuk tanpa kerusakan.
Beras. 52. Struktur silikon oksida: A) kristal; B) amorf. Titik hitam menunjukkan atom silikon, lingkaran cahaya menunjukkan atom oksigen. Bidang kristal ditampilkan, sehingga ikatan keempat atom silikon tidak ditunjukkan. Garis putus-putus menunjukkan keteraturan jangka pendek dalam kelainan zat amorf
Dalam zat amorf, periodisitas struktur tiga dimensi, karakteristik keadaan kristal, terganggu (Gbr. 52 b).
Cairan dan gas berbeda dari benda kristal dan amorf dalam pergerakan acak atom dan
molekul. Dalam zat cair, gaya tarik menarik mampu menahan mikropartikel relatif satu sama lain pada jarak yang dekat, sebanding dengan jarak dalam zat padat. Dalam gas, praktis tidak ada interaksi antara atom dan molekul, oleh karena itu gas, tidak seperti cairan, menempati seluruh volume yang diberikan padanya. Satu mol air cair pada 100 0 C menempati volume 18,7 cm3, dan satu mol uap air jenuh menempati 30.000 cm3 pada suhu yang sama. 
Beras. 53. Macam-macam interaksi molekul dalam zat cair dan gas : A) dipol–dipol; B) dipol–non-dipol; V) non-dipol – non-dipol
Berbeda dengan padatan, molekul dalam cairan dan gas bergerak bebas. Akibat pergerakannya, mereka berorientasi pada cara tertentu. Misalnya, pada Gambar. 53 a, b. ditunjukkan bagaimana molekul dipol berinteraksi, serta molekul non-polar dengan molekul dipol dalam cairan dan gas.
Ketika dipol mendekati dipol, molekul-molekul berputar akibat gaya tarik-menarik dan tolak-menolak. Bagian yang bermuatan positif dari satu molekul terletak di dekat bagian molekul lainnya yang bermuatan negatif. Beginilah cara dipol berinteraksi dalam air cair.
Ketika dua molekul non-polar (non-dipol) saling mendekat pada jarak yang cukup dekat, mereka juga saling mempengaruhi (Gbr. 53 V). Molekul disatukan oleh kulit elektron bermuatan negatif yang mengelilingi inti. Kulit elektron terdeformasi sehingga munculnya pusat positif dan negatif untuk sementara waktu terjadi pada satu molekul dan molekul lainnya, dan keduanya saling tarik menarik satu sama lain. Cukup bagi molekul untuk membubarkan diri, dan dipol sementara kembali menjadi molekul non-polar.
Contohnya adalah interaksi antar molekul gas hidrogen. (Gbr. 53 V).
3.2. Klasifikasi zat anorganik. Zat sederhana dan kompleks
Pada awal abad ke-19, ahli kimia Swedia Berzelius mengusulkan agar zat yang diperoleh dari organisme hidup disebut organik. Zat yang bersifat sifat mati disebut anorganik atau mineral(berasal dari mineral).
Semua zat padat, cair dan gas dapat dibedakan menjadi sederhana dan kompleks.
Zat sederhana adalah zat yang terdiri dari atom-atom dari satu unsur kimia.
Misalnya, hidrogen, brom, dan besi pada suhu kamar dan tekanan atmosfer adalah zat sederhana yang masing-masing berwujud gas, cair, dan padat (Gbr. 54 a B C).
Gas hidrogen H 2 (g) dan brom cair Br 2 (l) terdiri dari molekul diatomik. Besi padat Fe(s) ada dalam bentuk kristal dengan kisi kristal logam.
Zat sederhana dibagi menjadi dua kelompok: bukan logam dan logam.
A) B) V)
Beras. 54. Zat sederhana: A) gas hidrogen. Ini lebih ringan dari udara, sehingga tabung reaksi ditutup dan dibalik; B) brom cair (biasanya disimpan dalam ampul tertutup); V) bubuk besi
Bukan logam adalah zat sederhana dengan kisi kristal kovalen (atom) atau molekuler dalam keadaan padat.
Pada suhu kamar, kisi kristal kovalen (atom) merupakan karakteristik nonlogam seperti boron B(s), karbon C(s), silikon Si(s). Kisi kristal molekuler memiliki fosfor putih P(s), belerang S(s), yodium I 2 (s). Beberapa non-logam berubah menjadi bentuk agregasi cair atau padat hanya pada suhu yang sangat rendah. Dalam kondisi normal, mereka berbentuk gas. Zat tersebut antara lain, misalnya hidrogen H 2 (g), nitrogen N 2 (g), oksigen O 2 (g), fluor F 2 (g), klor Cl 2 (g), helium He (g), neon Ne (g), argon Ar(g). Pada suhu kamar, molekul brom Br 2 (l) ada dalam bentuk cair.
Logam adalah zat sederhana dengan kisi kristal logam dalam keadaan padat.
Ini adalah zat plastik yang mudah dibentuk dan memiliki kilau logam serta mampu menghantarkan panas dan listrik.
Sekitar 80% unsur Tabel Periodik membentuk zat sederhana - logam. Pada suhu kamar, logam berbentuk padat. Misalnya Li(t), Fe(t). Hanya merkuri, Hg(l) yang merupakan cairan yang membeku pada –38,89 0 C.
Zat kompleks adalah zat yang terdiri dari atom-atom unsur kimia yang berbeda
Atom-atom unsur dalam suatu zat kompleks dihubungkan oleh hubungan yang konstan dan terdefinisi dengan baik.
Misalnya air H 2 O adalah zat kompleks. Molekulnya mengandung atom dari dua unsur. Air selalu, di mana pun di bumi, mengandung 11,1% hidrogen dan 88,9% oksigen berdasarkan massa.
Tergantung pada suhu dan tekanan, air dapat berbentuk padat, cair atau gas, yang ditunjukkan di sebelah kanan rumus kimia zat - H 2 O (g), H 2 O (l), H 2 O (T).
Dalam kegiatan praktis, sebagai suatu peraturan, kita tidak berurusan dengan zat murni, tetapi dengan campurannya.
Campuran adalah kombinasi senyawa kimia yang berbeda komposisi dan strukturnya
Mari kita sajikan zat sederhana dan kompleks, serta campurannya, dalam bentuk diagram:
Sederhana
Bukan logam
Emulsi
Alasan
Zat kompleks dalam kimia anorganik dibagi menjadi oksida, basa, asam dan garam.
Oksida
Ada oksida logam dan nonlogam. Oksida logam adalah senyawa dengan ikatan ionik. Dalam keadaan padat mereka membentuk kisi kristal ionik.
Oksida non-logam– senyawa dengan ikatan kimia kovalen.
Oksida adalah zat kompleks yang terdiri dari atom dari dua unsur kimia, salah satunya adalah oksigen, yang bilangan oksidasinya adalah – 2.
Di bawah ini adalah rumus molekul dan struktur beberapa oksida nonlogam dan logam.
Rumus molekul Rumus struktur
CO 2 – karbon monoksida (IV) O = C = O
JADI 2 – sulfur oksida (IV)
JADI 3 – oksida belerang (VI)
SiO 2 – silikon oksida (IV)
Na 2 O – natrium oksida
CaO – kalsium oksida
K 2 O – kalium oksida, Na 2 O – natrium oksida, Al 2 O 3 – aluminium oksida. Kalium, natrium dan aluminium masing-masing membentuk satu oksida.
Jika suatu unsur mempunyai beberapa bilangan oksidasi, maka terdapat beberapa oksida. Dalam hal ini, setelah nama oksida, tunjukkan bilangan oksidasi unsur dengan angka Romawi dalam tanda kurung. Misalnya FeO adalah besi (II) oksida, Fe 2 O 3 adalah besi (III) oksida.
Selain nama yang dibentuk menurut aturan tata nama internasional, nama oksida tradisional Rusia juga digunakan, misalnya: CO 2 karbon monoksida (IV) - karbon dioksida, CO karbon monoksida (II) – karbon monoksida, CaO kalsium oksida – kapur mentah, silikon oksida SiO 2– kuarsa, silika, pasir.
Ada tiga kelompok oksida, berbeda dalam sifat kimianya: basa, asam Dan amfoter(Yunani kuno: , – keduanya, ganda).
Oksida basa dibentuk oleh unsur-unsur subkelompok utama golongan I dan II Tabel Periodik (bilangan oksidasi unsur +1 dan +2), serta unsur-unsur subkelompok sekunder, yang bilangan oksidasinya juga +1 atau +2. Semua unsur ini adalah logam, jadi oksida basa adalah oksida logam, Misalnya:
Li 2 O – litium oksida
MgO – magnesium oksida
CuO – tembaga(II) oksida
Oksida basa berhubungan dengan basa.
Oksida asam
dibentuk oleh nonlogam dan logam yang bilangan oksidasinya lebih besar dari +4, misalnya:
CO 2 – karbon monoksida (IV)
JADI 2 – sulfur oksida (IV)
JADI 3 – oksida belerang (VI)
P 2 O 5 – fosfor oksida (V)
Oksida asam berhubungan dengan asam.
Oksida amfoter
dibentuk oleh logam yang bilangan oksidasinya +2, +3, kadang +4, contoh:
ZnO – seng oksida
Al 2 O 3 – aluminium oksida
Oksida amfoter berhubungan dengan hidroksida amfoter.
Selain itu, ada kelompok kecil yang disebut oksida yang berbeda-beda:
N 2 O – oksida nitrat (I)
TIDAK – oksida nitrat (II)
CO – karbon monoksida (II)
Perlu dicatat bahwa salah satu oksida terpenting di planet kita adalah hidrogen oksida, yang Anda kenal sebagai air H2O.
Alasan
Pada bagian “Oksida” disebutkan bahwa basa berhubungan dengan oksida basa:
Natrium oksida Na 2 O - natrium hidroksida NaOH.
Kalsium oksida CaO – kalsium hidroksida Ca(OH) 2.
Tembaga oksida CuO – tembaga hidroksida Cu(OH) 2
Basa adalah zat kompleks yang terdiri dari atom logam dan satu atau lebih gugus hidroksil –OH.
Basa adalah padatan dengan kisi kristal ionik.
Ketika dilarutkan dalam air, kristal basa larut ( basa) dihancurkan oleh molekul air polar, dan ion terbentuk:
NaOH(s) Na + (larutan) + OH – (larutan)
Notasi serupa untuk ion: Na + (larutan) atau OH – (larutan) berarti ion-ion tersebut berada dalam larutan.
Nama basa memuat kata hidroksida dan nama logam Rusia dalam kasus genitif. Misalnya, NaOH adalah natrium hidroksida, Ca(OH) 2 adalah kalsium hidroksida.
Jika suatu logam membentuk beberapa basa, maka bilangan oksidasi logam tersebut ditunjukkan pada namanya dengan angka Romawi dalam tanda kurung. Contoh: Fe(OH) 2 – besi (II) hidroksida, Fe(OH) 3 – besi (III) hidroksida.
Selain itu, untuk beberapa alasan ada nama tradisional:
NaOH – soda kaustik, kaustik soda
MENIPU – kalium kaustik
Ca(OH) 2 – jeruk nipis, air jeruk nipis
R
Basa yang larut dalam air disebut alkali
Mereka membedakan basa yang larut dalam air dan tidak larut dalam air.
Ini adalah hidroksida logam dari subkelompok utama golongan I dan II, kecuali hidroksida Be dan Mg.
Hidroksida amfoter termasuk
HCl(g) H + (larutan) + Cl – (larutan)
Asam adalah zat kompleks yang mengandung atom hidrogen yang dapat diganti atau ditukar dengan atom logam dan residu asam.
Tergantung pada ada tidaknya atom oksigen dalam molekul, bebas oksigen Dan mengandung oksigen asam.
Untuk memberi nama asam bebas oksigen, huruf - ditambahkan ke nama Rusia untuk non-logam. HAI- dan kata hidrogen :
HF – asam fluorida
HCl – asam klorida
HBr – asam hidrobromat
HI – asam hidroiodik
H 2 S – asam hidrosulfida
Nama tradisional beberapa asam:
HCl – asam hidroklorik; HF - asam fluorida
Untuk memberi nama asam yang mengandung oksigen, akhirannya - Tidak,
-ovaya, jika bukan logam berada pada bilangan oksidasi tertinggi. Bilangan oksidasi tertinggi bertepatan dengan jumlah golongan di mana unsur bukan logam berada:
H 2 SO 4 – belerang Tidak asam
HNO 3 – nitrogen Tidak asam
HClO 4 – klorin Tidak asam
HMnO 4 – mangan baru asam
Jika suatu unsur membentuk asam dalam dua bilangan oksidasi, maka akhiran - digunakan untuk memberi nama asam yang sesuai dengan bilangan oksidasi yang lebih rendah dari unsur tersebut. BENAR:
H 2 JADI 3 – chamois lelah asam
HNO 2 – nitrogen lelah asam
Berdasarkan jumlah atom hidrogen dalam suatu molekul, mereka dibedakan yg berdasar satu(HCl, HNO 3), dibasic(H 2 JADI 4), kesukuan asam (H 3 PO 4).
Banyak asam yang mengandung oksigen terbentuk melalui interaksi oksida asam yang sesuai dengan air. Oksida yang berhubungan dengan asam tertentu disebut oksidanya anhidrida:
Sulfur dioksida SO 2 - asam sulfat H 2 SO 3
Sulfur anhidrida SO 3 – asam sulfat H 2 SO 4
Nitrous anhydride N 2 O 3 – asam nitrat HNO 2
Anhidrida nitrat N 2 O 5 – asam nitrat HNO 3
Anhidrida fosfat P 2 O 5 – asam fosfat H 3 PO 4
Harap dicatat bahwa bilangan oksidasi unsur dalam oksida dan asam yang bersangkutan adalah sama.
Jika suatu unsur membentuk beberapa asam yang mengandung oksigen dalam bilangan oksidasi yang sama, maka awalan " ditambahkan pada nama asam yang kandungan atom oksigennya lebih rendah. meta", dengan kandungan oksigen tinggi - awalan " orto". Misalnya:
HPO 3 – asam metafosfat
H 3 PO 4 - asam ortofosfat, yang sering disebut asam fosfat saja
H 2 SiO 3 – asam metasilikat, biasa disebut asam silikat
H 4 SiO 4 – asam ortosilikat.
Asam silikat tidak terbentuk melalui interaksi SiO 2 dengan air; asam silikat diperoleh dengan cara yang berbeda.
DENGAN
Garam adalah zat kompleks yang terdiri dari atom logam dan residu asam.
oli
NaNO 3 – natrium nitrat
CuSO 4 – tembaga (II) sulfat
CaCO 3 – kalsium karbonat
Ketika dilarutkan dalam air, kristal garam hancur dan ion terbentuk:
NaNO 3 (t) Na + (larutan) + NO 3 – (larutan).
Garam dapat dianggap sebagai produk penggantian lengkap atau sebagian atom hidrogen dalam molekul asam dengan atom logam, atau sebagai produk penggantian lengkap atau sebagian gugus hidroksil suatu basa dengan residu asam.
Ketika atom hidrogen digantikan seluruhnya, garam sedang: Na 2 JADI 4, MgCl 2. . Dengan penggantian sebagian, mereka terbentuk garam asam (hidrogaram) NaHSO 4 dan garam dasar (garam hidroksi) MgOHCl.
Menurut aturan tata nama internasional, nama garam dibentuk dari nama residu asam dalam kasus nominatif dan nama Rusia logam dalam kasus genitif (Tabel 12):
NaNO 3 – natrium nitrat
CuSO 4 – tembaga(II) sulfat
CaCO 3 – kalsium karbonat
Ca 3 (PO 4) 2 – kalsium ortofosfat
Na 2 SiO 3 – natrium silikat
Nama residu asam berasal dari akar nama latin unsur pembentuk asam (misalnya nitrogenium - nitrogen, akar nitr-) dan akhiran:
-pada untuk keadaan oksidasi tertinggi, -dia untuk bilangan oksidasi yang lebih rendah dari unsur pembentuk asam (Tabel 12).
Tabel 12
Nama-nama asam dan garam
| Nama asam | Rumus asam | Nama garam | Contoh Soleil |
| Hidroklorik (garam) | HCl | Klorida | AgCl Perak klorida |
| Hidrogen sulfida | H2S | Sulfida | FeS Sulfat Idul Fitri besi(II) |
| Berapi | H2SO3 | Sulfit | Na 2 JADI 3 Sulfat dia sodium |
| belerang | H2SO4 | sulfat | K 2 SO 4 Sulfat pada kalium |
| Nitrogen | HNO2 | Nitrit | LiNO 2 Nitre dia litium |
| Nitrogen | HNO3 | Nitrat | Al(NO 3) 3 Nitre pada aluminium |
| Ortofosfat | H3PO4 | Ortofosfat | Ca 3 (PO 4) 2 Kalsium ortofosfat |
| Batu bara | H2CO3 | Karbonat | Na 2 CO 3 Natrium karbonat |
| Silikon | H2SiO3 | Silikat | Na 2 SiO 3 Natrium silikat |
NaHSO 4 – natrium hidrogen sulfat
NaHS – natrium hidrosulfida
Nama-nama garam utama dibentuk dengan menambahkan awalan " hidrokso": MgOHCl – magnesium hidroksiklorida.
Selain itu, banyak garam memiliki nama tradisional, seperti:
Na 2 BERSAMA 3 – soda;
NaHCO3 – soda kue (minum);
CaCO 3 – kapur, marmer, batu kapur.
Ikatan kimia kovalen, ragam dan mekanisme pembentukannya. Ciri-ciri ikatan kovalen (polaritas dan energi ikatan). Ikatan ionik. Sambungan logam. Ikatan hidrogen
Doktrin ikatan kimia menjadi dasar dari semua teori kimia.
Ikatan kimia dipahami sebagai interaksi atom yang mengikatnya menjadi molekul, ion, radikal, dan kristal.
Ada empat jenis ikatan kimia: ionik, kovalen, logam dan hidrogen.
Pembagian ikatan kimia menjadi beberapa jenis bersifat kondisional, karena semuanya dicirikan oleh kesatuan tertentu.
Ikatan ionik dapat dianggap sebagai kasus ekstrim dari ikatan kovalen polar.
Ikatan logam menggabungkan interaksi kovalen atom menggunakan elektron bersama dan tarikan elektrostatik antara elektron dan ion logam.
Zat sering kali tidak memiliki batasan dalam hal ikatan kimia (atau ikatan kimia murni).
Misalnya, litium fluorida $LiF$ diklasifikasikan sebagai senyawa ionik. Faktanya, ikatan di dalamnya adalah $80%$ ionik dan $20%$ kovalen. Oleh karena itu, jelas lebih tepat untuk berbicara tentang derajat polaritas (ionisitas) suatu ikatan kimia.
Pada deret hidrogen halida $HF—HCl—HBr—HI—HAt$ derajat polaritas ikatannya menurun, karena perbedaan nilai keelektronegatifan atom halogen dan hidrogen berkurang, dan pada hidrogen astatin ikatannya menjadi hampir nonpolar. $(EO(H) = 2,1; EO(Pada) = 2,2)$.
Berbagai jenis ikatan dapat ditemukan pada zat yang sama, misalnya:
- dalam basa: antara atom oksigen dan hidrogen pada gugus hidrokso ikatannya bersifat kovalen polar, dan antara logam dan gugus hidrokso bersifat ionik;
- dalam garam asam yang mengandung oksigen: antara atom non-logam dan oksigen dari residu asam bersifat kovalen polar, dan antara logam dan residu asam bersifat ionik;
- dalam amonium, garam metilammonium, dll.: antara atom nitrogen dan hidrogen - bersifat kovalen polar, dan antara ion amonium atau metilammonium dan residu asam - ionik;
- dalam peroksida logam (misalnya, $Na_2O_2$), ikatan antar atom oksigen bersifat kovalen nonpolar, dan antara logam dan oksigen bersifat ionik, dan seterusnya.
Berbagai jenis koneksi dapat berubah menjadi satu sama lain:
— selama disosiasi elektrolitik senyawa kovalen dalam air, ikatan kovalen polar berubah menjadi ikatan ionik;
- ketika logam menguap, ikatan logam berubah menjadi ikatan kovalen nonpolar, dll.
Alasan kesatuan semua jenis dan jenis ikatan kimia adalah kesamaan sifat kimianya - interaksi elektron-nuklir. Pembentukan ikatan kimia bagaimanapun juga merupakan hasil interaksi elektron-nuklir atom, disertai dengan pelepasan energi.
Metode pembentukan ikatan kovalen. Ciri-ciri ikatan kovalen: panjang ikatan dan energi
Ikatan kimia kovalen adalah ikatan yang terbentuk antar atom melalui pembentukan pasangan elektron bersama.
Mekanisme terbentuknya ikatan tersebut dapat bersifat pertukaran atau donor-akseptor.
SAYA. Mekanisme pertukaran beroperasi ketika atom membentuk pasangan elektron bersama dengan menggabungkan elektron yang tidak berpasangan.
1) $H_2$ - hidrogen:
Ikatan muncul karena pembentukan pasangan elektron bersama oleh $s$-elektron atom hidrogen (tumpang tindih $s$-orbital):
2) $HCl$ - hidrogen klorida:
Ikatan ini muncul karena pembentukan pasangan elektron bersama $s-$ dan $p-$elektron (tumpang tindih orbital $s-p-$):
3) $Cl_2$: dalam molekul klor, ikatan kovalen terbentuk karena elektron $p-$ yang tidak berpasangan (tumpang tindih $p-p-$orbital):
4) $N_2$: dalam molekul nitrogen, tiga pasangan elektron yang sama terbentuk di antara atom:
II. Mekanisme donor-akseptor Mari kita perhatikan pembentukan ikatan kovalen menggunakan contoh ion amonium $NH_4^+$.
Donor memiliki pasangan elektron, akseptor memiliki orbital kosong yang dapat ditempati pasangan tersebut. Dalam ion amonium, keempat ikatan dengan atom hidrogen bersifat kovalen: tiga terbentuk karena penciptaan pasangan elektron yang sama oleh atom nitrogen dan atom hidrogen melalui mekanisme pertukaran, satu melalui mekanisme donor-akseptor.
Ikatan kovalen dapat diklasifikasikan berdasarkan cara orbital elektron tumpang tindih, serta perpindahannya ke arah salah satu atom yang terikat.
Ikatan kimia yang terbentuk akibat tumpang tindih orbital elektron di sepanjang garis ikatan disebut $σ$ -obligasi (obligasi sigma). Ikatan sigma sangat kuat.
Orbital $p-$ dapat tumpang tindih di dua wilayah, membentuk ikatan kovalen karena tumpang tindih lateral:
Ikatan kimia terbentuk sebagai akibat dari tumpang tindih “lateral” orbital elektron di luar jalur komunikasi, yaitu di dua area disebut $π$ -obligasi (obligasi pi).
Oleh derajat perpindahan pasangan elektron bersama ke salah satu atom yang diikatnya, dapat terjadi ikatan kovalen kutub Dan non-polar.
Ikatan kimia kovalen yang terbentuk antara atom-atom yang mempunyai keelektronegatifan sama disebut non-polar. Pasangan elektron tidak berpindah ke atom mana pun, karena atom memiliki EO yang sama - sifat menarik elektron valensi dari atom lain. Misalnya:
itu. molekul zat sederhana non-logam terbentuk melalui ikatan kovalen non-polar. Ikatan kimia kovalen antara atom-atom unsur yang keelektronegatifannya berbeda disebut kutub.
Panjang dan energi ikatan kovalen.
Ciri sifat-sifat ikatan kovalen- panjang dan energinya. Panjang tautan adalah jarak antar inti atom. Semakin pendek panjang suatu ikatan kimia, semakin kuat ikatan tersebut. Namun, ukuran kekuatan koneksi adalah energi pengikat, yang ditentukan oleh jumlah energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan. Biasanya diukur dalam kJ/mol. Jadi, menurut data eksperimen, panjang ikatan molekul $H_2, Cl_2$ dan $N_2$ masing-masing adalah $0,074, 0,198$ dan $0,109$ nm, dan energi ikatan masing-masing adalah $436, 242$ dan $946$ kJ/mol.
Ion. Ikatan ionik
Bayangkan dua atom “bertemu”: atom logam golongan I dan atom nonlogam golongan VII. Sebuah atom logam memiliki satu elektron pada tingkat energi terluarnya, sedangkan atom non-logam hanya kekurangan satu elektron untuk melengkapi tingkat energi terluarnya.
Atom pertama akan dengan mudah memberikan elektronnya kepada atom kedua, yang jauh dari inti dan terikat lemah padanya, dan atom kedua akan memberinya tempat kosong pada tingkat elektronik terluarnya.
Kemudian atom, yang kehilangan salah satu muatan negatifnya, akan menjadi partikel bermuatan positif, dan partikel kedua akan berubah menjadi partikel bermuatan negatif karena elektron yang dihasilkan. Partikel seperti ini disebut ion.
Ikatan kimia yang terjadi antar ion disebut ionik.
Mari kita perhatikan pembentukan ikatan ini dengan menggunakan contoh senyawa natrium klorida (garam meja) yang terkenal:
Proses pengubahan atom menjadi ion digambarkan pada diagram:
Transformasi atom menjadi ion selalu terjadi selama interaksi atom-atom logam khas dan non-logam khas.
Mari kita perhatikan algoritma (urutan) penalaran saat mencatat pembentukan ikatan ion, misalnya antara atom kalsium dan klor:
Bilangan yang menunjukkan jumlah atom atau molekul disebut koefisien, dan angka yang menunjukkan jumlah atom atau ion dalam suatu molekul disebut indeks.
Sambungan logam
Mari berkenalan dengan bagaimana atom-atom unsur logam berinteraksi satu sama lain. Logam biasanya tidak ada sebagai atom yang terisolasi, tetapi dalam bentuk potongan, batangan, atau produk logam. Apa yang menahan atom logam dalam satu volume?
Atom dari sebagian besar logam mengandung sejumlah kecil elektron pada tingkat terluar - $1, 2, 3$. Elektron ini mudah dilepaskan dan atom menjadi ion positif. Elektron yang terlepas berpindah dari satu ion ke ion lainnya, mengikatnya menjadi satu kesatuan. Bergabung dengan ion, elektron-elektron ini untuk sementara membentuk atom, kemudian putus lagi dan bergabung dengan ion lain, dan seterusnya. Akibatnya, dalam volume logam, atom terus menerus berubah menjadi ion dan sebaliknya.
Ikatan logam antara ion melalui elektron bersama disebut logam.
Gambar tersebut secara skematis menunjukkan struktur fragmen logam natrium.
Dalam hal ini, sejumlah kecil elektron bersama mengikat sejumlah besar ion dan atom.
Ikatan logam mempunyai beberapa kesamaan dengan ikatan kovalen, karena didasarkan pada pembagian elektron eksternal. Namun, dengan ikatan kovalen, elektron terluar yang tidak berpasangan hanya dari dua atom tetangga yang digunakan bersama, sedangkan dengan ikatan logam, semua atom ikut serta dalam pembagian elektron tersebut. Itulah sebabnya kristal dengan ikatan kovalen bersifat rapuh, tetapi dengan ikatan logam, biasanya bersifat ulet, konduktif listrik, dan memiliki kilau logam.
Ikatan logam merupakan karakteristik logam murni dan campuran berbagai logam—paduan dalam wujud padat dan cair.
Ikatan hidrogen
Ikatan kimia antara atom hidrogen yang terpolarisasi positif dari satu molekul (atau bagiannya) dan atom terpolarisasi negatif dari unsur-unsur yang sangat elektronegatif yang memiliki pasangan elektron bebas ($F, O, N$ dan lebih jarang $S$ dan $Cl$) dari molekul lain (atau bagiannya) disebut hidrogen.
Mekanisme pembentukan ikatan hidrogen sebagian bersifat elektrostatik, sebagian lagi bersifat donor-akseptor.
Contoh ikatan hidrogen antarmolekul:
Dengan adanya hubungan seperti itu, bahkan zat dengan berat molekul rendah, dalam kondisi normal, dapat berupa cairan (alkohol, air) atau gas yang mudah dicairkan (amonia, hidrogen fluorida).
Zat dengan ikatan hidrogen memiliki kisi kristal molekul.
Zat yang berstruktur molekul dan nonmolekul. Jenis kisi kristal. Ketergantungan sifat-sifat zat pada komposisi dan strukturnya
Struktur molekul dan nonmolekul suatu zat
Bukan atom atau molekul individu yang terlibat dalam interaksi kimia, tetapi zat. Dalam kondisi tertentu, suatu zat dapat berada dalam salah satu dari tiga keadaan agregasi: padat, cair, atau gas. Sifat-sifat suatu zat juga bergantung pada sifat ikatan kimia antara partikel-partikel pembentuknya – molekul, atom atau ion. Berdasarkan jenis ikatannya, zat yang berstruktur molekul dan nonmolekul dibedakan.
Zat yang tersusun atas molekul disebut zat molekuler. Ikatan antar molekul dalam zat tersebut sangat lemah, jauh lebih lemah dibandingkan antara atom di dalam molekul, dan bahkan pada suhu yang relatif rendah ikatan tersebut putus - zat berubah menjadi cair dan kemudian menjadi gas (sublimasi yodium). Titik leleh dan titik didih zat yang terdiri dari molekul meningkat seiring dengan bertambahnya berat molekul.
Zat molekul meliputi zat yang mempunyai struktur atom ($C, Si, Li, Na, K, Cu, Fe, W$), diantaranya ada logam dan nonlogam.
Mari kita perhatikan sifat fisik logam alkali. Kekuatan ikatan antar atom yang relatif rendah menyebabkan kekuatan mekanik yang rendah: logam alkali bersifat lunak dan mudah dipotong dengan pisau.
Ukuran atom yang besar menyebabkan kepadatan logam alkali yang rendah: litium, natrium, dan kalium bahkan lebih ringan daripada air. Pada golongan logam alkali, titik didih dan titik lelehnya menurun seiring dengan bertambahnya nomor atom suatu unsur, karena Ukuran atom bertambah dan ikatan melemah.
Untuk zat non-molekuler struktur termasuk senyawa ionik. Sebagian besar senyawa logam dengan nonlogam memiliki struktur berikut: semua garam ($NaCl, K_2SO_4$), beberapa hidrida ($LiH$) dan oksida ($CaO, MgO, FeO$), basa ($NaOH, KOH$). Zat ionik (nonmolekul) mempunyai titik leleh dan titik didih yang tinggi.
Kisi kristal
Materi, seperti diketahui, dapat berada dalam tiga keadaan agregasi: gas, cair dan padat.
Padatan: amorf dan kristal.
Mari kita perhatikan bagaimana karakteristik ikatan kimia mempengaruhi sifat-sifat zat padat. Padatan dibagi menjadi kristal Dan amorf.
Zat amorf tidak memiliki titik leleh yang jelas; ketika dipanaskan, zat tersebut secara bertahap melunak dan berubah menjadi cairan. Misalnya, plastisin dan berbagai resin berada dalam keadaan amorf.
Zat kristal dicirikan oleh susunan partikel penyusunnya yang benar: atom, molekul, dan ion - pada titik-titik tertentu dalam ruang. Ketika titik-titik ini dihubungkan oleh garis lurus, maka terbentuklah kerangka spasial yang disebut kisi kristal. Titik-titik di mana partikel kristal berada disebut simpul kisi.
Tergantung pada jenis partikel yang terletak di simpul kisi kristal dan sifat hubungan di antara mereka, empat jenis kisi kristal dibedakan: ionik, atom, molekuler Dan logam.
Kisi kristal ionik.
ionik disebut kisi kristal, yang simpul-simpulnya terdapat ion. Mereka dibentuk oleh zat dengan ikatan ionik, yang dapat mengikat ion sederhana $Na^(+), Cl^(-)$, dan kompleks $SO_4^(2−), OH^-$. Akibatnya, garam dan beberapa oksida dan hidroksida logam memiliki kisi kristal ionik. Misalnya, kristal natrium klorida terdiri dari ion $Na^+$ positif dan $Cl^-$ yang berselang-seling, membentuk kisi berbentuk kubus. Ikatan antar ion dalam kristal semacam itu sangat stabil. Oleh karena itu, zat dengan kisi ionik dicirikan oleh kekerasan dan kekuatan yang relatif tinggi, tahan api dan tidak mudah menguap.
Kisi kristal atom.
atom disebut kisi kristal, di simpul-simpulnya terdapat atom-atom individual. Dalam kisi-kisi seperti itu, atom-atom dihubungkan satu sama lain melalui ikatan kovalen yang sangat kuat. Contoh zat dengan kisi kristal jenis ini adalah intan, salah satu modifikasi alotropik karbon.
Sebagian besar zat dengan kisi kristal atom memiliki titik leleh yang sangat tinggi (misalnya, untuk berlian suhunya di atas $3500°C), kuat dan keras, serta praktis tidak larut.
Kisi kristal molekul.
Molekuler disebut kisi kristal, di simpul-simpul tempat molekul berada. Ikatan kimia dalam molekul ini dapat bersifat polar ($HCl, H_2O$) dan nonpolar ($N_2, O_2$). Terlepas dari kenyataan bahwa atom-atom di dalam molekul dihubungkan oleh ikatan kovalen yang sangat kuat, gaya tarik-menarik antarmolekul yang lemah bekerja di antara molekul-molekul itu sendiri. Oleh karena itu, zat dengan kisi kristal molekuler memiliki kekerasan yang rendah, titik leleh yang rendah, dan mudah menguap. Sebagian besar senyawa organik padat memiliki kisi kristal molekul (naftalena, glukosa, gula).
Kisi kristal logam.
Zat dengan ikatan logam memiliki kisi kristal logam. Di lokasi kisi-kisi tersebut terdapat atom dan ion (baik atom atau ion, yang menjadi atom logam dengan mudah berubah, melepaskan elektron terluarnya “untuk penggunaan umum”). Struktur internal logam ini menentukan sifat fisik karakteristiknya: kelenturan, keuletan, konduktivitas listrik dan termal, karakteristik kilau logam.
