1. Свойства веществ с ковалентной неполярной связью

Ве­ще­ства с таким типом связи от­но­сят­ся к неме­тал­лам. Они могут быть при н.у. га­зо­об­раз­ны­ми (кис­ло­род, во­до­род, хлор), жид­ки­ми (бром), твер­ды­ми (сера, фос­фор, гра­фит).

Ин­те­рес­ная за­ко­но­мер­ность на­блю­да­ет­ся с тем­пе­ра­ту­ра­ми ки­пе­ния и плав­ле­ния га­зо­об­раз­ных и жид­ких неме­тал­лов (см. Таб­ли­цу 1): с уве­ли­че­ни­ем от­но­си­тель­ной мо­ле­ку­ляр­ной массы , как пра­ви­ло, уве­ли­чи­ва­ют­ся тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния и плав­ле­ния ве­ществ с ко­ва­лент­ной непо­ляр­ной свя­зью.

Таб­ли­ца 1. Тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния и плав­ле­ния неко­то­рых га­зо­об­раз­ных и жид­ких про­стых ве­ществ и их М_r

С твер­ды­ми неме­тал­ла­ми все не так про­сто (см. Таб­ли­цу 2). Среди них встре­ча­ют­ся как лег­ко­плав­кие (сера, селен, фос­фор), так и ту­го­плав­кие ве­ще­ства (гра­фит, алмаз, крем­ний, бор). Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния этих ве­ществ не за­ви­сят от их от­но­си­тель­ной атом­ной массы: от­но­си­тель­ная атом­ная  масса йода 127, а бора всего 11, но тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния бора зна­чи­тель­но выше. Рас­смот­рим при­чи­ны такой раз­ни­цы в фи­зи­че­ских свой­ствах твер­дых неме­тал­лов.

Таб­ли­ца 2. Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния неко­то­рых твер­дых ве­ществ-неме­тал­лов и их A_r

По­че­му крем­ний, бор, гра­фит и алмаз имеют очень вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния? Чтобы от­ве­тить на этот во­прос, нужно рас­смот­реть стро­е­ние кри­стал­лов этих ве­ществ. Дело в том, что в узлах кри­стал­ли­че­ских ре­ше­ток этих ве­ществ на­хо­дят­ся атомы неме­тал­лов, со­еди­нен­ные друг с дру­гом проч­ны­ми ко­ва­лент­ны­ми непо­ляр­ны­ми свя­зя­ми. Рас­смот­рим кри­стал­ли­че­ские ре­шет­ки гра­фи­та и ал­ма­за. В кри­стал­ле ал­ма­за все атомы уг­ле­ро­да свя­за­ны между собой рав­но­цен­ны­ми ко­ва­лент­ны­ми непо­ляр­ны­ми свя­зя­ми. Такой кри­сталл от­ли­ча­ет­ся осо­бой проч­но­стью, по­это­му алмаз – необы­чай­но твер­дое ве­ще­ство.

Кри­сталл гра­фи­та со­сто­ит из свое­об­раз­ных слоев. Рас­сто­я­ние между сло­я­ми су­ще­ствен­но боль­ше, чем между ато­ма­ми внут­ри слоя. По­это­му твер­дость гра­фи­та низ­кая, гра­фи­том можно пи­сать (при этом раз­ры­ва­ют­ся связи между сло­я­ми ато­мов уг­ле­ро­да).

Крем­ний и бор тоже об­ра­зу­ют атом­ную кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру.

Итак, ве­ще­ства с атом­ной кри­стал­ли­че­ской струк­ту­рой имеют более вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния и плав­ле­ния, чем ве­ще­ства с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской струк­ту­рой. Это объ­яс­ня­ет­ся тем, что атом­ный кри­сталл раз­ру­шить слож­нее, чем мо­ле­ку­ляр­ный, т.к. связи между мо­ле­ку­ла­ми сла­бые, а между ато­ма­ми проч­ные.

Сера, селен, фос­фор – ве­ще­ства мо­ле­ку­ляр­но­го стро­е­ния, их мо­ле­ку­лы имеют сле­ду­ю­щий со­став: S₈, Se₈, P₄. И для них также со­блю­да­ет­ся за­ко­но­мер­ность: чем боль­ше мо­ле­ку­ляр­ная масса ве­ще­ства с мо­ле­ку­ляр­ной кри­стал­ли­че­ской струк­ту­рой, тем выше его тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния и плав­ле­ния (см. Таб­ли­цу 3).

Таб­ли­ца 3. Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния неко­то­рых твер­дых про­стых ве­ществ-неме­тал­лов и их М_r

 2. Свойства веществ с ковалентной полярной связью

Среди ве­ществ, об­ра­зо­ван­ных ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью, при н.у. встре­ча­ют­ся га­зо­об­раз­ные (уг­ле­кис­лый газ, хло­ро­во­до­род), жид­кие (вода, сер­ная кис­ло­та) и твер­дые ве­ще­ства (оксид крем­ния, оксид фос­фо­ра (V)).

По­смот­рим на зна­че­ния тем­пе­ра­тур ки­пе­ния и плав­ле­ния этих ве­ществ (см. Таб­ли­цу 4). Вы­со­ки­ми зна­че­ни­я­ми тем­пе­ра­тур ки­пе­ния и плав­ле­ния от­ли­ча­ет­ся оксид крем­ния. Это можно объ­яс­нить его стро­е­ни­ем. Оксид крем­ния - ве­ще­ство с атом­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой. Для того чтобы рас­пла­вить это ве­ще­ство, надо разо­рвать ко­ва­лент­ные по­ляр­ные связи между ато­ма­ми крем­ния и кис­ло­ро­да. На это тре­бу­ет­ся боль­шая энер­гия.

Осталь­ные ве­ще­ства  в Таб­ли­це 4 имеют мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру. Но мы не на­блю­да­ем здесь пря­мой за­ви­си­мо­сти между от­но­си­тель­ной мо­ле­ку­ляр­ной мас­сой и тем­пе­ра­ту­рой плав­ле­ния. На­при­мер, вода с M_r=18 имеет тем­пе­ра­ту­ру ки­пе­ния, рав­ную 100°С, а се­ро­во­до­род с M_r=34 имеет тем­пе­ра­ту­ру ки­пе­ния, рав­ную -60°С. Для ве­ществ с ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния и ки­пе­ния во мно­гом опре­де­ля­ют­ся не толь­ко их от­но­си­тель­ной мо­ле­ку­ляр­ной мас­сой, но и по­ляр­но­стью их мо­ле­кул. Чем по­ляр­нее мо­ле­ку­лы, тем силь­нее они вза­и­мо­дей­ству­ют между собой.

Таб­ли­ца 4. Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния и ки­пе­ния ве­ществ с ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью и их M_r

 3. Свойства веществ, образованных металлами и неметаллами

Со­еди­не­ния, об­ра­зо­ван­ные хи­ми­че­ски­ми эле­мен­та­ми ме­тал­ла­ми и неме­тал­ла­ми могут быть об­ра­зо­ва­ны ион­ной или ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью. Вы удив­ле­ны? Ион­ная связь воз­ни­ка­ет между ато­ма­ми ти­пич­но­го ме­тал­ла и ти­пич­но­го неме­тал­ла, когда раз­ни­ца их зна­че­ний от­но­си­тель­ных элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стей боль­ше 2. При неболь­шой раз­ни­це в зна­че­ни­ях от­но­си­тель­ных элек­тро­от­ри­ца­тель­но­стей (менее 2) со­еди­не­ние будет об­ра­зо­ва­но ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью.

Вы уже зна­е­те, что ве­ще­ства с ко­ва­лент­ной по­ляр­ной свя­зью могут иметь мо­ле­ку­ляр­ную или атом­ную кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру. Ве­ще­ства же с ион­ной хи­ми­че­ской свя­зью об­ра­зо­ва­ны ион­ной кри­стал­ли­че­ской струк­ту­рой (в узлах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки на­хо­дят­ся ионы). Для раз­ру­ше­ния ион­ных кри­стал­лов тре­бу­ет­ся зна­чи­тель­но боль­ше энер­гии, чем для раз­ру­ше­ния мо­ле­ку­ляр­ных. Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния ион­ных со­еди­не­ний лежат в диа­па­зоне 700-1000°С. Ве­ще­ства с атом­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой имеют тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния, как пра­ви­ло, боль­ше 1500°С.

По­смот­рим на Таб­ли­цу 5 и най­дем ве­ще­ства с атом­ной, мо­ле­ку­ляр­ной и ион­ной кри­стал­ли­че­ски­ми струк­ту­ра­ми. Как вы ви­ди­те, оксид алю­ми­ния и оксид же­ле­за (III) – ве­ще­ства с атом­ной струк­ту­рой, т.к. имеют очень вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния. Ве­ще­ства, с от­но­си­тель­но низ­ки­ми тем­пе­ра­ту­ра­ми плав­ле­ния – хло­рид алю­ми­ния, хло­рид ртути, хло­рид же­ле­за (III) – имеют в боль­шей сте­пе­ни мо­ле­ку­ляр­ную кри­стал­ли­че­скую струк­ту­ру, чем ион­ную.

Таб­ли­ца 5.  Тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния ве­ществ, об­ра­зо­ван­ных ме­тал­ла­ми и неме­тал­ла­ми