Страница полузащищенная

Химическое соединение

Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Чистая вода (H 2 O) является примером соединения. Шарико-палка модель молекулы показывает пространственное объединение двух части водорода (белое) и одна части (ы) кислород (красная)

Химическое соединение представляет собой химическое вещество состоит из множества одинаковых молекул (или молекулярных образований ) , состоящих из атомов из более чем одного элемента удерживаются вместе химическими связями . Молекула , состоящая из атомов только одного элемента , следовательно , не является соединением.

В зависимости от того, как составляющие атомы удерживаются вместе, существует четыре типа соединений:

Химическая формула определяет число атомов каждого элемента в молекуле соединения, используя стандартные аббревиатуры для химических элементов и числовых индексов . Например, молекула воды имеет формулу H 2 O, указывающую на два атома водорода, связанные с одним атомом кислорода . Многие химические соединения имеют уникальный идентификатор CAS-номера, присвоенный Chemical Abstracts Service . В мире зарегистрировано более 350 000 химических соединений (включая смеси химических веществ) для производства и использования. [1]

Соединение может быть преобразовано в другое химическое вещество путем взаимодействия со вторым веществом посредством химической реакции . В этом процессе связи между атомами могут быть разорваны в одном или обоих взаимодействующих веществах, и образуются новые связи.

Определения

Любое вещество, состоящее из двух или более различных типов атомов ( химических элементов ) в фиксированной стехиометрической пропорции, можно назвать химическим соединением ; эту концепцию легче всего понять при рассмотрении чистых химических веществ . [2] : 15 [3] [4] Из того, что они состоят из фиксированных пропорций двух или более типов атомов, следует, что химические соединения могут быть преобразованы посредством химической реакции в соединения или вещества, каждое из которых имеет меньшее количество атомов. [5] Соотношение каждого элемента в соединении выражается соотношением в его химической формуле. [6] АХимическая формула - это способ выражения информации о пропорциях атомов, составляющих конкретное химическое соединение, с использованием стандартных сокращений для химических элементов и нижних индексов для обозначения количества задействованных атомов. Например, вода состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода : химическая формула - H 2 O. В случае нестехиометрических соединений пропорции могут быть воспроизводимы в отношении их получения и давать фиксированные пропорции их составляющие элементы, но пропорции, которые не являются интегральными [например, для гидрида палладия , PdH x (0,02 <x <0,58)].[7]

Химические соединения имеют уникальную и определенную химическую структуру, удерживаемую в определенном пространственном расположении химическими связями . Химические соединения могут быть молекулярными соединениями, удерживаемыми вместе ковалентными связями , солями, удерживаемыми вместе ионными связями , интерметаллическими соединениями, удерживаемыми вместе металлическими связями , или подмножеством химических комплексов , которые удерживаются вместе координационными ковалентными связями . [8] Чистые химические элементыобычно не считаются химическими соединениями из-за несоблюдения требования о двух или более атомах, хотя они часто состоят из молекул, состоящих из множества атомов (например, в двухатомной молекуле H 2 или многоатомной молекуле S 8 и т. д.). [8] Многие химические соединения имеют уникальный числовой идентификатор, присвоенный Chemical Abstracts Service (CAS): его номер CAS .

Существует различная, а иногда и противоречивая номенклатура, отличающая вещества, которые включают действительно нестехиометрические примеры, от химических соединений, для которых требуются фиксированные соотношения. Многие твердые химические вещества - например, многие силикатные минералы - являются химическими веществами, но не имеют простых формул, отражающих химическую связь элементов друг с другом в фиксированных соотношениях; даже в этом случае эти кристаллические вещества часто называют « нестехиометрическими соединениями ». Можно утверждать, что они связаны с химическими соединениями, а не являются их химическими соединениями, поскольку вариабельность их составов часто связана либо с присутствием посторонних элементов, захваченных в кристаллической структуре иначе известного истинного химического соединения.или из-за возмущений в структуре по отношению к известному соединению, которые возникают из-за избытка дефицита составляющих элементов в некоторых местах в его структуре; такие нестехиометрические вещества образуют большую часть коры и мантии Земли. Другие соединения, считающиеся химически идентичными, могут иметь различные количества тяжелых или легких изотопов составляющих элементов, что незначительно изменяет соотношение элементов по массе.

Типы

Молекулы

Молекула представляет собой электрически нейтральную группу из двух или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями. [9] [10] [11] [12] [13] Молекула может быть гомоядерной , то есть она состоит из атомов одного химического элемента, как два атома в молекуле кислорода (O 2 ); или он может быть гетероядерным , химическим соединением, состоящим из более чем одного элемента, как в случае с водой (два атома водорода и один атом кислорода; H 2 O).

Ионные соединения

Ионное соединение - это химическое соединение, состоящее из ионов, удерживаемых вместе электростатическими силами, называемыми ионными связями . Соединение в целом нейтрально, но состоит из положительно заряженных ионов, называемых катионами, и отрицательно заряженных ионов, называемых анионами . Это могут быть простые ионы, такие как натрий (Na + ) и хлорид (Cl - ) в хлориде натрия , или многоатомные частицы, такие как аммоний ( NH+
4
) и карбонат ( CO2-
3
) ионы в карбонате аммония . Отдельные ионы внутри ионного соединения обычно имеют несколько ближайших соседей, поэтому не считаются частью молекул, а вместо этого являются частью непрерывной трехмерной сети, обычно в кристаллической структуре .

Ионные соединения, содержащие основные ионы гидроксид (OH - ) или оксид (O 2- ), классифицируются как основания. Ионные соединения без этих ионов также известны как соли и могут образовываться в результате кислотно-основных реакций . Ионные соединения также могут быть получены из их ионов составляющие путем выпаривания их растворитель , осаждение , замораживание , в твердофазной реакции , или перенос электронов реакции химически активных металлов с химически активными неметаллами, такие как галогенные газы.

Ионные соединения обычно имеют высокие температуры плавления и кипения , а также твердые и хрупкие . Будучи твердыми телами, они почти всегда являются электрически изолирующими , но при плавлении или растворении они становятся очень проводящими , потому что ионы мобилизуются.

Интерметаллические соединения

Интерметаллическое соединение - это тип металлического сплава, который образует упорядоченное твердотельное соединение между двумя или более металлическими элементами. Интерметаллиды обычно твердые и хрупкие, с хорошими механическими свойствами при высоких температурах. [14] [15] [16] Они могут быть классифицированы как стехиометрические или нестехиометрические интерметаллические соединения. [14]

Комплексы

Координационный комплекс состоит из центрального атома или иона, который обычно является металлическим и называется координационным центром , и окружающего массива связанных молекул или ионов, которые, в свою очередь, известны как лиганды или комплексообразующие агенты. [17] [18] [19] Многие металлосодержащие соединения, особенно переходные металлы , являются координационными комплексами. [20] Координационный комплекс, центром которого является атом металла, называется металлическим комплексом d-блочного элемента.

Связь и силы

Соединения удерживаются вместе посредством множества различных типов связи и сил. Различия в типах связей в соединениях различаются в зависимости от типов элементов, присутствующих в соединении.

Лондонские дисперсионные силы - самая слабая из всех межмолекулярных сил . Это временные силы притяжения, которые образуются, когда электроны в двух соседних атомах располагаются так, что создают временный диполь . Кроме того, дисперсионные силы Лондона ответственны за конденсацию неполярных веществ в жидкости и за дальнейшее замерзание до твердого состояния в зависимости от того, насколько низка температура окружающей среды. [21]

Ковалентная связь , также известная как молекулярная связь, включает в себя обмен электронов между двумя атомами. В первую очередь, этот тип связи возникает между элементами, которые расположены близко друг к другу в периодической таблице элементов , но он наблюдается между некоторыми металлами и неметаллами. Это связано с механизмом этого типа связи. Элементы, которые располагаются близко друг к другу в периодической таблице, как правило, имеют одинаковую электроотрицательность , что означает, что они имеют аналогичное сродство к электронам. Поскольку ни один элемент не имеет более сильного сродства к передаче или получению электронов, это заставляет элементы делить электроны, так что оба элемента имеют более стабильный октет .

Ионная связь возникает, когда валентные электроны полностью переносятся между элементами. В отличие от ковалентной связи эта химическая связь создает два противоположно заряженных иона. Металлы в ионной связи обычно теряют свои валентные электроны, превращаясь в положительно заряженный катион . Неметалл получит электроны из металла, что сделает неметалл отрицательно заряженным анионом . Как указано, ионные связи возникают между донором электронов, обычно металлом, и акцептором электронов, который обычно является неметаллом. [22]

Водородная связь возникает, когда атом водорода, связанный с электроотрицательным атомом, образует электростатическую связь с другим электроотрицательным атомом через взаимодействующие диполи или заряды. [23] [24] [25] [26]

Реакции

Соединение может быть преобразовано в другой химический состав путем взаимодействия со вторым химическим соединением посредством химической реакции . В этом процессе связи между атомами разрываются в обоих взаимодействующих соединениях, а затем связи реформируются, так что между атомами возникают новые ассоциации. Схематично эту реакцию можно описать как AB + CD → AD + CB , где A, B, C и D - каждый уникальный атом; и AB, AD, CD и CB - каждое уникальное соединение.

Смотрите также

  • Химическая структура
  • Номенклатура ИЮПАК
  • Словарь химических формул
  • Список соединений

Рекомендации

  1. ^ Ван, Чжаньюнь; Уокер, Глен В .; Мьюир, Дерек CG; Нагатани-Ёсида, Какуко (22.01.2020). «К глобальному пониманию химического загрязнения: первый всесторонний анализ национальных и региональных химических инвентаризаций» . Наука об окружающей среде и технологии . 54 (5): 2575–2584. DOI : 10.1021 / acs.est.9b06379 . PMID  31968937 .
  2. ^ Whitten, Kenneth W .; Дэвис, Раймонд Э .; Пек, М. Ларри (2000), Общая химия (6-е изд.), Форт-Уэрт, Техас: издательство Saunders College Publishers / Harcourt College Publishers, ISBN 978-0-03-072373-5
  3. ^ Браун, Теодор Л .; ЛеМэй, Х. Юджин; Bursten, Bruce E .; Мерфи, Кэтрин Дж .; Вудворд, Патрик (2013), Химия: Центральная наука (3-е изд.), Френчс Форест, Новый Южный Уэльс: Пирсон / Прентис Холл, стр. 5–6, ISBN 9781442559462
  4. ^ Хилл, Джон В .; Petrucci, Ralph H .; МакКрири, Терри У .; Перри, Скотт С. (2005), Общая химия (4-е изд.), Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, стр. 6, ISBN 978-0-13-140283-6, архивировано 22 марта 2009 г.
  5. ^ Уилбрахам, Антоний; Матта, Майкл; Стейли, Деннис; Уотерман, Эдвард (2002), Химия (1-е изд.), Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, стр. 36 , ISBN 978-0-13-251210-7
  6. ^ «Химическое соединение» . ScienceDaily . Архивировано 13 сентября 2017 года . Проверено 13 сентября 2017 .
  7. ^ Манчестер, ФО; Сан-Мартин, А .; Питре, Дж. М. (1994). «Система H-Pd (водород-палладий)». Журнал фазовых равновесий . 15 : 62–83. DOI : 10.1007 / BF02667685 . S2CID 95343702 .  Фазовая диаграмма для системы палладий-водород
  8. ^ a b Аткинс, Питер ; Джонс, Лоретта (2004). Химические принципы: поиски понимания . WH Freeman. ISBN 978-0-7167-5701-6.
  9. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Электронная исправленная версия: (2006–) " Молекула ". DOI : 10,1351 / goldbook.M04002
  10. ^ Эббин, Даррелл Д. (1990). Общая химия (3-е изд.). Бостон: ISBN Houghton Mifflin Co.  978-0-395-43302-7.
  11. ^ Браун, TL; Кеннет К. Кемп; Теодор Л. Браун; Гарольд Юджин ЛеМэй; Брюс Эдвард Бурстен (2003). Химия - центральная наука (9-е изд.). Нью-Джерси: Прентис-Холл . ISBN 978-0-13-066997-1.
  12. ^ Чанг, Раймонд (1998). Химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл . ISBN 978-0-07-115221-1.
  13. ^ Zumdahl, Стивен С. (1997). Химия (4-е изд.). Бостон: Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-669-41794-4.
  14. ^ a b Аскеланд, Дональд Р .; Райт, Венделин Дж. (Январь 2015 г.). «11-2 Интерметаллические соединения». Наука и техника материалов (седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. С. 387–389. ISBN 978-1-305-07676-1. OCLC  903959750 .
  15. ^ Группа по разработке интерметаллических сплавов, Комиссия по инженерным и техническим системам (1997). Разработка интерметаллических сплавов: оценка программы . Национальная академия прессы. п. 10. ISBN 0-309-52438-5. OCLC  906692179 .
  16. ^ Soboyejo, WO (2003). «1.4.3 Интерметаллиды». Механические свойства конструкционных материалов . Марсель Деккер. ISBN 0-8247-8900-8. OCLC  300921090 .
  17. ^ Лоуренс, Джеффри А. (2010). Введение в координационную химию . Вайли. DOI : 10.1002 / 9780470687123 . ISBN 9780470687123.
  18. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « комплекс ». DOI : 10,1351 / goldbook.C01203
  19. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) « Координационный орган ». DOI : 10,1351 / goldbook.C01330
  20. ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  21. ^ "Лондонские силы рассеивания" . www.chem.purdue.edu . Архивировано 13 января 2017 года . Проверено 13 сентября 2017 .
  22. ^ «Ионные и ковалентные связи» . Химия LibreTexts . 2013-10-02. Архивировано 13 сентября 2017 года . Проверено 13 сентября 2017 .
  23. ^ IUPAC , Сборник химической терминологии , 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Онлайн исправленная версия: (2006–) « водородная связь ». DOI : 10,1351 / goldbook.H02899
  24. ^ «Водородные связи» . chemistry.elmhurst.edu . Архивировано 19 ноября 2016 года . Проверено 28 октября 2017 .
  25. ^ «Водородная связь» . www.chem.purdue.edu . Архивировано 8 августа 2011 года . Проверено 28 октября 2017 .
  26. ^ «межмолекулярные связи - водородные связи» . www.chemguide.co.uk . Архивировано 19 декабря 2016 года . Проверено 28 октября 2017 .

дальнейшее чтение

  • Роберт Зигфрид (2002), От элементов к атомам: история химического состава , Американское философское общество, ISBN 978-0-87169-924-4