Учебник для 10 класса

Естествознание

§ 48. Состав - структура - ссвойства

Факты, не объясняемые существующими
теориями, наиболее дороги для науки...
А. М. Бутлеров

Почему одни вещества отличаются по своим физическим и химическим свойствам от других? Какие факторы определяют свойства веществ?

Урок-семинар

ЦЕЛЬ СЕМИНАРА. Понять соотношение между тремя важнейшими характеристиками вещества — его атомным качественным и количественным составом, его структурой и его физическими и химическими свойствами.

ПЛАН СЕМИНАРА.

1. Проблема генезиса свойств веществ в свете учения о составе тел.
2. Проблема генезиса свойств веществ в свете структурных представлений.
3. Проблема генезиса свойств веществ в свете квантовой теории строения атомов и химической связи.

Необходимые источники информации

1. Книга для чтения по неорганической химии. В 2 ч. / сост. В. А. Крицман. — I 2-е изд. — М.: Просвещение, 1983. — Ч 1. — С. 230-243
2. Энциклопедический словарь юного химика / сост. В А. Крицман, В. В. Станцо. — I 2-е изд.— М.: Педагогика. 1990.— С. 32—36. 57, 145—147. 269—271, 274-276.
3. История классической органической химии: всеобщая история химии / отв. ред. Н. К. Кочетков, Ю. И. Соловьев. — М.: Наука. 1992.

Заметим, что вопрос о взаимосвязи состава, структуры и свойств веществ — это не только главный вопрос данного урока-семинара, но главный, непреходящий вопрос химии. А если принять во внимание, что человека интересуют не только химические, но и физические свойства веществ, а также свойства, имеющие значение для биологии и медицины, то можно сказать, что сформулированный вопрос является фундаментальным вопросом естествознания. Но здесь мы ограничимся лишь одной стороной проблемы. Нас будут интересовать свойства молекул химических соединений, т. е. химию и физику твердых тел мы оставляем в стороне.

ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 1. Состав и свойства молекул.

Исторически первый ответ на вопрос о генезисе свойств веществ был таков: свойства соединения определяются его качественным и количественным составом (пример — теория кислот Лавуазье). Сопоставьте свойства следующих пар соединений: Н₂0 и Н₂S; Н₂0 и Н₂0₂.

Однако уже к середине XIX в. накопилось много фактов о соединениях, обладавших одинаковым качественным и количественным составом, но различными свойствами. Вот один из них.

Немецкие химики Юстус Либих и Фридрих Вёлер в 1822—1823 гг. независимо друг от друга изучали соли кислоты состава HCNO. Каждый из них послал в журнал статью с описанием этих солей. При этом Либих утверждал, что соли указанной кислоты крайне взрывчаты (кстати, он называл эту кислоту гремучей). Вёлер же ничего подобного не заметил. Он утверждал, что соли кислоты состава HCNO вполне устойчивые соединения. Арбитром в их споре выступил шведский химик Якоб Берцелиус, который предложил для таких соединений специальный термин (какой?). В чем состоит отличие гремучей кислоты Либиха от циановой кислоты Вёлера?

Как объяснить подобные случаи, когда соединения одинакового состава обладают разными свойствами, с позиций теории химического строения?

ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 2. Свойства химических соединений определяются не только их составом, но и химическим строением, т. е. порядком связи атомов в молекулах. Как свойства молекул зависят от их строения? Что понимается под термином «строение молекул»?

В 1869 г. немецкий химик Йоханнес Вислиценус установил, что существуют две молочные кислоты: одна была обнаружена в кислом молоке (молочная кислота брожения), другая — в мышечной ткани (мясомолочная кислота, открытая Либихом еще в 1847 г.). Состав этих кислот одинаковый: С₃Н₆0₃. Химическое строение (т. е. порядок связи атомов) тоже одинаково (каково?).

Более того, все химические свойства этих кислот были совершенно одинаковыми. Не различались они и по своим физическим свойствам, кроме одного — они по-разному, в разных направлениях, но на один и тот же угол вращали плоскость поляризованного света. С чем связано такое различие? Приведите примеры соединений одинакового состава и одинакового химического строения, но отличающихся теми или иными свойствами и биологической активностью.

ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 3. При одинаковом составе и одинаковой последовательности соединения атомов в молекулах свойства молекул тем не менее могут быть различными, если атомы или группы атомов по-разному расположены в пространстве. Однако в начале двадцатого столетия выяснилось, что для объяснения свойств молекул мало знать их состав, химическое строение и расположение в пространстве атомов или атомных групп. Необходимо принять во внимание также электронное строение молекул. Как свойства молекул зависят от их электронного строения?

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ

Обсудите следующие вопросы: почему раствор соли проводит электрический ток, а раствор сахара — нет? Почему молекула аммиака реагирует с водой, а молекула метана не реагирует?

Свойства молекул химических соединений определяются:

• атомным составом молекул (количественным и качественным);
• последовательностью связей атомов в молекуле (т. е. ее химическим строением);
• пространственным расположением атомов и атомных групп в молекуле;
• электронным строением молекул.