Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
У ході попереднього викладу було зроблено припущення, згідно з яким за вищої температури молекули рухаються швидше й взаємодіють енергійніше, ніж за нижчої температури. Це припущення правильне: температура системи — це міра інтенсивності руху всіх атомів і молекул у даній системі.
Зі зростанням температури зростає інтенсивність усіх видів молекулярного руху. Молекули газу обертаються швидше, а атоми в молекулі коливаються з більшою частотою один відносно одного. Атоми й молекули в рідинах і твердих тілах здійснюють інтенсивніші коливальні рухи. Такий дедалі енергійніший рух за високих температур може призвести до хімічної реакції, зокрема до розкладу речовини. Так, під час нагрівання газоподібного йоду до температури приблизно 1200°C за тиску 1 атм близько половини молекул дисоціюють (розщеплюються) на окремі атоми Йоду (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Пара йоду за підвищеної температури; така пара містить як двоатомні молекули (I2), так і одноатомні молекули (I) йоду.
Зрозуміти багато хімічних явищ значно простіше, якщо завжди враховувати, що абсолютна температура — це міра інтенсивності руху атомів і молекул.
Вправи
2.1. Визначте, чим є наведені нижче твердження — гіпотезою, теорією, законом чи фактом:
а) глибинні породи Місяця складаються з граніту й подібних до нього силікатних порід;
б) за небагатьма винятками, речовини під час плавлення збільшуються в об'ємі;
в) ядро Землі складається з металічної форми водню, якої ще не одержано в лабораторних умовах;
г) водень, кисень, азот і неон за звичайних умов — гази;
д) усі кристали складаються з упорядковано розташованих атомів і молекул;
е) проста речовина складається з атомів.
2.2. Яке значення мали закон сталості складу й закон простих кратних відношень для обґрунтування та визнання атомістичної теорії?
2.3. Наведіть приклад твердого кристалічного матеріалу й твердого некристалічного матеріалу. Чому нині тисячі кристалографів займаються вивченням структури кристалів, попри те що саме по собі таке вивчення не має того значення, яке воно мало наприкінці XIX ст.?
2.4. Кристал натрій хлориду має кубічну кристалічну будову з a = 562,8 пм. У кожній структурній одиниці (елементарній комірці) є чотири атоми Натрію з координатами 0 0 0; 0 1/2 1/2; 1/2 0 1/2; 1/2 1/2 0, а також чотири атоми Хлору з координатами 1/2 1/2 1/2; 1/2 0 0;0 1/2 0; 0 0 1/2. Накресліть схему структурної одиниці (елементарної кубічної комірки) із зазначенням положення окремих атомів. Скільки найближчих сусідніх атомів має кожен атом? Якими є відстані між сусідніми атомами? Який багатогранник вони утворюють? (Такий тип розташування атомів, який називають типом натрій хлориду, зазвичай притаманний солям.)
2.6. Мінерал флюорит CaF2 має кубічну структурну одиницю з a = 545 пм. У такій кубічній комірці є чотири атоми Кальцію з координатами 1/4 1/4 1/4; 1/4 3/4 3/4; 3/4 1/4 3/4; 3/4 3/4 1/4, а також вісім атомів Флуору з координатами 0 0 0; 0 1/2 1/2; 1/2 0 1/2; 1/2 1/2 0; 1/2 0 0; 0 1/2 0; 0 0 1/2 і 1/2 1/2 1/2. Накресліть схему, що показує положення атомів. Скільки найближчих сусідів має кожен атом Кальцію? Кожен атом Флуору? Чому дорівнює міжатомна відстань Ca—F? (Відповідь: 8, 4, 236 пм.)
2.6. Кристал цезій хлориду CsCl є кубом. Кубічна структурна одиниця має a=411 пм. Атоми займають положення: Cs при 0 0 0 і Cl при 1/2 1/2 1/2.
а) Накресліть схему, що показує положення атомів.
б) Чому дорівнює мінімальна міжатомна відстань Cs - Cl? (Відповідь: 356 пм.)
в) Скільки атомів Хлору перебуває на цій відстані від кожного атома Цезію?
г) Скільки атомів Cs перебуває на цій відстані від кожного атома Cl?
д) Чому дорівнює мінімальна відстань між атомами Хлору? Скільки атомів Хлору перебуває на цій відстані?
2.7. Металеве олово, що містить невелику кількість домішок, як відомо, утворює гексагональні кристали з a = b=320 пм і c=298 пм, при цьому в елементарній комірці є один атом Стануму. Координатами цього атома можна вважати: x=0, y = 0, z = 0.
а) Накресліть схему, що показує осі a і b, розташовані під кутом 120° одна до одної й розміщені в площині z=0. Виділіть ромб, який править за базу елементарної комірки, і покажіть атом Стануму, що належить до цієї комірки.
б) Виділіть вісім ромбів, що дотикаються до першого ромба. Скільки найближчих сусідів у цій площині має кожен атом Стануму?
в) На якій відстані перебувають сусідні атоми?
г) Скільки найближчих сусідів має атом Стануму в напрямку осі c (у додатному й від'ємному напрямках)? На якій відстані? [Відповідь: б) шість; в) усі на відстані 320 пм; г) два, кожен на відстані 298 пм.]
2.8. Дайте визначення понять: тиск насиченої пари кристала й тиск насиченої пари рідини. Запропонуйте аргументи, що доводять, що ці тиски мають бути рівні в точці плавлення.
2.9. Тиск насиченої пари твердого карбон(IV) оксиду за температури плавлення (—56,5 °C) дорівнює 5 атм. Чим можна пояснити той факт, що твердий карбон(IV) оксид, який використовують під час пакування морозива, не плавиться й не утворює рідкого карбон(IV) оксиду? Що треба зробити, щоб одержати карбон(IV) оксид у вигляді рідини?
2.10. Карбон(IV) оксид (сухий лід) складається з молекул CO2. Ці молекули мають лінійну будову з атомом Карбону в центрі. Накресліть три схеми, які відображали б ваші уявлення про будову молекул газоподібного, рідкого й кристалічного карбон(IV) оксиду.
2.11. До чого призведе підвищення тиску, якщо температура рідини досягла точки кипіння? Розрахуйте точку кипіння рідкого йоду за тиску 0,5 атм (див. рис. 2.16).