Номер 4, страница 12 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

4. Приведите примеры из курса неорганической химии, которые доказывают, что свойства веществ зависят от их строения, а строение веществ — от их свойств.

Свойства веществ зависят от их строения

Одним из самых ярких примеров, демонстрирующих зависимость свойств вещества от его строения, является явление аллотропии — существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Рассмотрим аллотропные модификации углерода: алмаз и графит.

1. Алмаз. В кристалле алмаза каждый атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации и связан прочными ковалентными связями с четырьмя соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Это создает очень жесткую трехмерную атомную кристаллическую решетку. Такое строение обуславливает уникальные свойства алмаза: он является самым твердым из известных природных веществ, прозрачен, не проводит электрический ток (диэлектрик) и имеет очень высокую температуру плавления.

2. Графит. В кристалле графита атомы углерода находятся в состоянии $sp^2$-гибридизации. Они образуют плоские гексагональные сетки (слои), в которых каждый атом связан с тремя другими. Эти слои соединены между собой слабыми межмолекулярными (ван-дер-ваальсовыми) силами. Такое слоистое строение определяет свойства графита: он мягкий, легко расслаивается (что используется в карандашах), непрозрачный, жирный на ощупь, обладает электропроводностью (благодаря делокализованным $\pi$-электронам внутри слоев) и используется как твердая смазка.

Таким образом, два вещества, состоящие исключительно из атомов углерода, обладают кардинально различными физическими свойствами из-за разного пространственного расположения атомов и типа их гибридизации, то есть из-за разного строения.

Ответ: Свойства веществ, такие как твердость, электропроводность, прозрачность и температура плавления, напрямую определяются их внутренним строением, в частности, типом кристаллической решетки и характером химических связей между атомами. Примером служат аллотропные модификации углерода — алмаз и графит, которые, имея одинаковый элементный состав, обладают совершенно разными свойствами из-за различий в строении их кристаллических решеток.

Строение веществ — от их свойств

Это утверждение следует понимать так, что строение вещества (тип химической связи и кристаллической решетки) определяется фундаментальными свойствами образующих его атомов (элементов), такими как электроотрицательность, ионизационный потенциал, атомный радиус и число валентных электронов.

Рассмотрим, как свойства элементов влияют на строение образуемых ими соединений:

1. Хлорид натрия ($NaCl$). Это соединение образовано атомами типичного металла — натрия ($Na$) и типичного неметалла — хлора ($Cl$). Свойства этих элементов сильно различаются: у натрия низкая электроотрицательность и энергия ионизации, а у хлора — высокая электроотрицательность и сродство к электрону. Такое сочетание свойств приводит к тому, что атом натрия легко отдает электрон, а атом хлора его принимает. В результате образуются ионы $Na^+$ и $Cl^-$, между которыми возникает ионная связь. Эти ионы упаковываются в строго упорядоченную ионную кристаллическую решетку. Таким образом, именно свойства элементов (их склонность отдавать или принимать электроны) определили ионное строение вещества.

2. Диоксид кремния ($SiO_2$). Это вещество образовано атомами двух неметаллов — кремния ($Si$) и кислорода ($O$). Их электроотрицательности высоки, но разница между ними не настолько велика, чтобы произошел полный перенос электрона. Эти свойства атомов приводят к образованию полярных ковалентных связей. Атом кремния имеет четыре валентных электрона и способен образовывать четыре связи. В результате возникает гигантская трехмерная структура — атомная кристаллическая решетка, где каждый атом кремния связан с четырьмя атомами кислорода, а каждый атом кислорода — с двумя атомами кремния. Свойства элементов (их электроотрицательность и валентность) предопределили атомное строение вещества.

3. Хлор ($Cl_2$). Вещество образовано атомами одного и того же неметалла — хлора. Поскольку атомы идентичны, их свойства (включая электроотрицательность) одинаковы. Это приводит к образованию неполярной ковалентной связи путем обобществления пары электронов. В результате образуются двухатомные молекулы $Cl_2$. В твердом состоянии эти молекулы удерживаются вместе очень слабыми межмолекулярными силами, образуя молекулярную кристаллическую решетку. Здесь идентичность свойств атомов определила молекулярное строение вещества.

Ответ: Строение вещества (тип химической связи и тип кристаллической решетки) зависит от свойств составляющих его химических элементов. Различия в электроотрицательности, энергии ионизации и валентности атомов определяют, будет ли связь ионной, ковалентной или металлической, а структура — ионной, атомной, молекулярной или металлической. Примерами служат $NaCl$ (ионное строение из-за большой разницы в свойствах $Na$ и $Cl$), $SiO_2$ (атомное строение из-за свойств $Si$ и $O$, способствующих образованию ковалентной сетки) и $Cl_2$ (молекулярное строение из-за идентичности свойств атомов хлора).