3.1: Молекулы и соединения

Atoms and Molecules

Everything in the universe is made up of matter, and matter is composed of a combination of elements. An atom is the smallest unit of an

Атомы и молекулы

Все во вселенной состоит из материи, а материя состоит из сочетания элементов. Атом — это наименьшая единица элемента, сохраняющая все свойства элемента. Например, серебряная монета состоит из атомов серебра, и каждый атом серебра сохраняет уникальные свойства элемента — серебра.  

Элементы являются чистыми веществами, состоящими из идентичных атомов, которые невозможно разбить на более простые вещества в результате химических изменений. Атомные элементы содержат одиночные атомы в качестве своей основной единицы. Углерод состоит из атомов углерода, а натрий состоит из атомов натрия.  Большинство элементов являются атомными элементами. Однако существует несколько элементов, которые существуют как комбинация атомов и никогда не встречаются в природе как отдельные атомы. Они называются молекулярными элементами. Молекулярные элементы существуют как молекулы с двумя или более атомами, связанными друг с другом. Они могут быть диатомными, такими как водород (H₂), кислород (O₂) или газ хлора (Cl₂), или полиатомными, такими как сера (S₈) и фосфор (P₄).  

Молекула состоит из двух или более атомов, соединенных сильными силами, называемыми химическими связями.  Молекула может состоять из двух или более идентичных атомов , или она может состоять из двух или более различных атомов.  Когда молекула состоит из атомов из двух или более различных элементов, которые объединены в фиксированные целые числа соотношений, молекула также является соединением. Например, вода является соединением, и каждая молекула воды (H₂О) представляет собой единицу, которая содержит два атома водорода и один атом кислорода.  Молекула глюкозы (C₆H₁₂O₆) также является соединением, которое содержит шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода.  

Соединения — это чистые вещества, состоящие из двух дополнительных элементов в фиксированных, определенных пропорциях. Соединения классифицируются как молекулярные или ионные на основе присутствующих связей.  

Соединения

Природа сил притяжения, которые удерживают атомы вместе в составе соединения, определяет тип образованной химической связи. Полная передача электронов между атомом металла и неметаллическим атомом приводит к образованию противоположно заряженных ионов. Электростатическое притяжение между ионами называется ионной связью, а соединения, образованные посредством ионных связей, являются ионными соединениями. Например, хлорид натрия NaCl является ионным соединением.

Распределение электронов между двумя или более неметаллическими атомами приводит к ковалентным связям, а соединения, образованные ковалентными связями, называются ковалентными или молекулярными соединениями. Ковалентные связи являются силами притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, разделенными между атомами.

Этот текст адаптирован к OpenStax Химия 2e, раздел 2.6: Молекулярные и ионные соединения.

В природе все вещество состоит из основных химических единиц, называемых элементами, обладающими определенными физическими и химическими свойствами. В периодической таблице перечислены в общей сложности 118 элементов, обнаруженных на сегодняшний день. Составной единицей каждого элемента является атом.

Некоторые элементы, такие как гелий, неон, серебро или платина, существуют как независимые отдельные атомы. Другие элементы, такие как водород, кислород или сера, существуют в виде соединений из двух или более одинаковых атомов. Эти несколько атомов удерживаются вместе сильными электростатическими силами, называемыми химическими связями, образуя стабильные частицы, называемые молекулами.

Кроме того, два или более разных элементов также могут объединяться с образованием молекул, таких как вода или фруктоза. Такие молекулы, образованные комбинацией атомов двух или более элементов, химически соединенных в фиксированном соотношении, также называются соединениями. Следовательно, молекулы воды и фруктозы также являются соединениями.

Вода это молекула, состоящая из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Напротив, фруктоза это молекула, которая содержит шесть атомов углерода, двенадцать атомов водорода и шесть атомов кислорода. Отдельные атомы в составе соединения удерживаются вместе химическими связями, определяющими тип образующегося соединения, например молекулярное или ионное соединение.

Ковалентные молекулярные соединения, такие как вода, образуются, когда атомы неметаллов соединяются и делят свои валентные электроны при помощи ковалентной связи. Общие электроны двух атомов снижают потенциальную энергию и создают более стабильные молекулы по сравнению с отдельными атомами. Ионные соединения, такие как хлорид натрия, образуются при соединении атомов металла и неметалла.

Металлы легко отдают электроны, становясь катионами, тогда как неметаллы легко принимают электроны, становясь анионами. Таким образом, атомы металла отдают электроны атомам неметаллов, и электростатические взаимодействия между противоположно заряженными ионами образуют ионные связи. Способность элементов образовывать соединения является основой большого разнообразия веществ, существующих в природе.