Химическое соединение - Chemical compound

Чистый воды (ЧАС2O) представляет собой пример соединения. В клюшка молекулы показывает пространственную ассоциацию двух частей водород (белый) и одна часть (и) кислород (красный)

А химическое соединение это химическая субстанция состоит из множества идентичных молекулы (или же молекулярные образования ) в составе атомы из более чем одного элемент держится вместе химические связи. А молекула, состоящая из атомов только одного элемента поэтому не является составным.

В зависимости от того, как составляющие атомы удерживаются вместе, существует четыре типа соединений:

А химическая формула определяет количество атомов каждого элемента в составной молекуле, используя стандартные сокращения для химических элементов и числовые индексы. Например, воды молекула имеет формулу H2O с указанием двух водород атомы, связанные с одним кислород атом. Много химический соединения имеют уникальный Количество CAS идентификатор, присвоенный Химическая служба рефератов. Во всем мире для производства и использования зарегистрировано более 350 000 химических соединений (включая смеси химических веществ).[1]

Соединение может быть преобразовано в другое химическое вещество путем взаимодействия со вторым веществом через химическая реакция. В этом процессе связи между атомами могут быть разорваны в одном или обоих взаимодействующих веществах, и образуются новые связи.

Определения

Любое вещество, состоящее из двух или более различных типов атомы (химические элементы ) в фиксированной стехиометрический пропорцию можно назвать химическое соединение; эту концепцию легче всего понять при рассмотрении чистых химические субстанции.[2]:15 [3][4] Из того, что они состоят из двух или более типов атомов в фиксированных пропорциях, химические соединения могут быть преобразованы посредством химическая реакция на соединения или вещества, каждое из которых имеет меньшее количество атомов.[5] Соотношение каждого элемента в соединении выражается соотношением в его химической формуле.[6] А химическая формула это способ выражения информации о пропорциях атомов, составляющих конкретное химическое соединение, с использованием стандартных сокращений для химических элементов, и индексы чтобы указать количество задействованных атомов. Например, воды состоит из двух атомы водорода связаны с одним кислород атом: химическая формула H2О. В случае нестехиометрические соединения, пропорции могут быть воспроизводимыми в отношении их приготовления и давать фиксированные пропорции составляющих их элементов, но пропорции, которые не являются интегральными [например, для гидрид палладия, PdHИкс (0,02 <х <0,58)].[7]

Химические соединения обладают уникальным и определенным химическая структура удерживаются вместе в определенном пространственном расположении химические связи. Химические соединения могут быть молекулярный соединения, удерживаемые вместе ковалентные связи, соли держится вместе ионные связи, интерметаллические соединения держится вместе металлические облигации, или подмножество химические комплексы которые удерживаются вместе координировать ковалентные связи.[8] Чистый химические элементы обычно не считаются химическими соединениями из-за несоблюдения требования о двух или более атомах, хотя они часто состоят из молекул, состоящих из нескольких атомов (например, в двухатомная молекула ЧАС2, или многоатомная молекула S8, так далее.).[8] Много химический соединения имеют уникальный числовой идентификатор, присвоенный Химическая служба рефератов (CAS): это Количество CAS.

Существует различная, а иногда и противоречивая номенклатура, отличающая вещества, которые включают действительно нестехиометрические образцы, от химических соединений, для которых требуются фиксированные соотношения. Многие твердые химические вещества, например многие силикатные минералы - являются химическими веществами, но не имеют простых формул, отражающих химическую связь элементов друг с другом в фиксированных соотношениях; даже так, эти кристаллический вещества часто называют "нестехиометрические соединения ". Можно утверждать, что они связаны с химическими соединениями, а не являются их химическими соединениями, поскольку вариабельность их составов часто связана либо с присутствием посторонних элементов, захваченных в кристаллической структуре иначе известного истинного химическое соединениеили из-за возмущений в структуре по отношению к известному соединению, которые возникают из-за избытка дефицита составляющих элементов в некоторых местах в его структуре; такие нестехиометрические вещества образуют большую часть корка и мантия земли. Другие соединения, считающиеся химически идентичными, могут иметь разное количество тяжелых или легких изотопы составляющих элементов, что незначительно меняет соотношение элементов по массе.

Типы

Молекулы

Основная статья: молекула

Молекула - это электрически нейтральная группа из двух или более атомов, удерживаемых вместе химическими связями.[9][10][11][12][13] Молекула может быть гомоядерный, то есть он состоит из атомов одного химического элемента, как и два атома в кислород молекула (O2); или это может быть гетероядерный, химическое соединение, состоящее из более чем одного элемента, например воды (два атома водорода и один атом кислорода; H2О).

Ионные соединения

Основная статья: Ионное соединение

Ионное соединение - это химическое соединение, состоящее из ионы держится вместе электростатические силы названный ионная связь. Соединение в целом нейтрально, но состоит из положительно заряженных ионов, называемых катионы и отрицательно заряженные ионы, называемые анионы. Это может быть простые ионы такой как натрий (Na+) и хлористый (Cl−) в хлорид натрия, или же многоатомный такие виды, как аммоний (NH+
4) и карбонат (CO2−
3) ионы в карбонат аммония. Отдельные ионы в ионном соединении обычно имеют несколько ближайших соседей, поэтому не считаются частью молекул, а являются частью непрерывной трехмерной сети, обычно в кристаллическая структура.

Ионные соединения, содержащие основные ионы гидроксид (ОЙ−) или же окись (O2−) классифицируются как базы. Ионные соединения без этих ионов также известны как соли и может быть сформирован кислотно-основные реакции. Ионные соединения также могут быть получены из составляющих их ионов путем испарение от их растворитель, осадки, замораживание, а твердотельная реакция, или перенос электронов реакция реактивный металлы с химически активными неметаллами, такие как галоген газы.

Ионные соединения обычно имеют высокий таяние и точки кипения, и являются жесткий и хрупкий. В твердом виде они почти всегда электрически изолирующий, но когда растаял или же растворенный они становятся очень проводящий, потому что ионы мобилизованы.

Интерметаллические соединения

Основная статья: Интерметаллическое соединение

Интерметаллическое соединение - это разновидность металлический сплав который образует упорядоченное твердотельное соединение между двумя или более металлическими элементами. Интерметаллиды обычно твердые и хрупкие, с хорошими механическими свойствами при высоких температурах.[14][15][16] Их можно разделить на стехиометрические или нестехиометрические интерметаллические соединения.[14]

Комплексы

Основная статья: Координационный комплекс

Координационный комплекс состоит из центрального атома или иона, который обычно металлический и называется координационный центр, и окружающий массив связанных молекул или ионов, которые, в свою очередь, известны как лиганды или комплексообразующие агенты.[17][18][19] Многие металлосодержащие соединения, особенно соединения переходные металлы, являются координационными комплексами.[20] Координационный комплекс, центром которого является атом металла, называют металлическим комплексом блочного элемента d.

Связь и силы

Соединения удерживаются вместе посредством множества различных типов связи и сил. Различия в типах связей в соединениях различаются в зависимости от типов элементов, присутствующих в соединении.

Лондонские силы рассеивания самая слабая сила из всех межмолекулярные силы. Это временные силы притяжения, которые образуются, когда электроны в двух соседних атомах расположены так, что создают временный диполь. Кроме того, лондонские дисперсионные силы ответственны за конденсацию неполярный вещества в жидкости, а также для дальнейшего замораживания до твердого состояния в зависимости от того, насколько низкая температура окружающей среды.[21]

А Ковалентная связь, также известная как молекулярная связь, включает обмен электронами между двумя атомами. В первую очередь этот тип связи возникает между элементами, которые расположены близко друг к другу на периодическая таблица элементов, но это наблюдается между некоторыми металлами и неметаллами. Это связано с механизмом этого типа связи. Элементы, расположенные близко друг к другу в периодической таблице, обычно имеют схожие электроотрицательность, что означает, что они имеют аналогичное сродство к электронам. Поскольку ни один из элементов не имеет более сильного сродства отдавать или получать электроны, это заставляет элементы делиться электронами, поэтому оба элемента имеют более стабильную октет.

Ионная связь происходит когда валентные электроны полностью передаются между элементами. В отличие от ковалентной связи эта химическая связь создает два противоположно заряженных иона. Металлы в ионной связи обычно теряют свои валентные электроны, становясь положительно заряженными. катион. Неметалл получит электроны от металла, что сделает неметалл отрицательно заряженным. анион. Как указано выше, ионные связи возникают между донором электронов, обычно металлом, и акцептором электронов, который обычно является неметаллом.[22]

Водородная связь происходит, когда атом водорода связанный с электроотрицательным атомом, образует электростатический связь с другим электроотрицательным атомом через взаимодействующие диполи или заряды.[23][24][25][26]

Реакции

Основная статья: Химическая реакция

Соединение может быть преобразовано в другой химический состав путем взаимодействия со вторым химическим соединением через химическая реакция. В этом процессе связи между атомами разрываются в обоих взаимодействующих соединениях, а затем связи реформируются, так что между атомами возникают новые ассоциации. Схематично эту реакцию можно было бы описать как AB + CD → AD + CB, где A, B, C и D - каждый уникальный атом; и AB, AD, CD и CB - каждое уникальное соединение.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ван, Чжаньюнь; Уокер, Глен В .; Muir, Derek C.G .; Нагатани-Ёсида, Какуко (22.01.2020). «К глобальному пониманию химического загрязнения: первый всеобъемлющий анализ национальных и региональных химических инвентаризаций». Экологические науки и технологии. 54 (5): 2575–2584. Дои:10.1021 / acs.est.9b06379. PMID  31968937.
  2. ^ Whitten, Kenneth W .; Дэвис, Раймонд Э .; Пек, М. Ларри (2000), Общая химия (6-е изд.), Форт-Уэрт, Техас: Издательство Saunders College Publishers / Harcourt College, ISBN  978-0-03-072373-5
  3. ^ Браун, Теодор Л .; ЛеМэй, Х. Юджин; Bursten, Bruce E .; Мерфи, Кэтрин Дж .; Вудворд, Патрик (2013), Химия: центральная наука (3-е изд.), Frenchs Forest, NSW: Pearson / Prentice Hall, стр. 5–6, ISBN  9781442559462
  4. ^ Хилл, Джон В .; Petrucci, Ralph H .; МакКрири, Терри У .; Перри, Скотт С. (2005), Общая химия (4-е изд.), Верхняя Сэдл Ривер, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, стр. 6, ISBN  978-0-13-140283-6, в архиве из оригинала от 22.03.2009
  5. ^ Уилбрахам, Антоний; Матта, Майкл; Стейли, Деннис; Уотерман, Эдвард (2002), Химия (1-е изд.), Верхняя Сэдл-Ривер, Нью-Джерси: Пирсон / Прентис Холл, стр.36, ISBN  978-0-13-251210-7
  6. ^ "Химическое соединение". ScienceDaily. В архиве из оригинала на 2017-09-13. Получено 2017-09-13.
  7. ^ Манчестер, Ф. Д .; San-Martin, A .; Питре, Дж. М. (1994). «Система H-Pd (водород-палладий)». Журнал фазовых равновесий. 15: 62–83. Дои:10.1007 / BF02667685. Фазовая диаграмма для системы палладий-водород
  8. ^ а б Аткинс, Питер; Джонс, Лоретта (2004). Химические принципы: поиски понимания. W.H. Фримен. ISBN  978-0-7167-5701-6.
  9. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "Молекула ". Дои:10.1351 / goldbook.M04002
  10. ^ Эббин, Даррелл Д. (1990). Общая химия (3-е изд.). Бостон: Houghton Mifflin Co. ISBN  978-0-395-43302-7.
  11. ^ Brown, T.L .; Кеннет К. Кемп; Теодор Л. Браун; Гарольд Юджин ЛеМэй; Брюс Эдвард Бурстен (2003). Химия - центральная наука (9-е изд.). Нью-Джерси: Prentice Hall. ISBN  978-0-13-066997-1.
  12. ^ Чанг, Раймонд (1998). Химия (6-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу Хилл. ISBN  978-0-07-115221-1.
  13. ^ Зумдал, Стивен С. (1997). Химия (4-е изд.). Бостон: Хоутон Миффлин. ISBN  978-0-669-41794-4.
  14. ^ а б Аскеланд, Дональд Р .; Райт, Венделин Дж. «11-2 Интерметаллические соединения». Наука и инженерия материалов (Седьмое изд.). Бостон, Массачусетс. С. 387–389. ISBN  978-1-305-07676-1. OCLC  903959750.
  15. ^ Панель по разработке интерметаллических сплавов, Комиссия по инженерным и техническим системам (1997). Разработка интерметаллических сплавов: оценка программы. Национальная академия прессы. п. 10. ISBN  0-309-52438-5. OCLC  906692179.
  16. ^ Собойджо, В. О. (2003). «1.4.3 Интерметаллиды». Механические свойства конструкционных материалов. Марсель Деккер. ISBN  0-8247-8900-8. OCLC  300921090.
  17. ^ Лоуренс, Джеффри А. (2010). Введение в координационную химию. Вайли. Дои:10.1002/9780470687123. ISBN  9780470687123.
  18. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "сложный ". Дои:10.1351 / goldbook.C01203
  19. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "координационный орган ". Дои:10.1351 / goldbook.C01330
  20. ^ Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
  21. ^ "Лондонские силы рассеяния". www.chem.purdue.edu. В архиве из оригинала на 13.01.2017. Получено 2017-09-13.
  22. ^ «Ионные и ковалентные связи». Химия LibreTexts. 2013-10-02. В архиве из оригинала на 2017-09-13. Получено 2017-09-13.
  23. ^ ИЮПАК, Сборник химической терминологии, 2-е изд. («Золотая книга») (1997). Исправленная онлайн-версия: (2006–) "водородная связь ". Дои:10.1351 / goldbook.H02899
  24. ^ "Водородные связи". chemistry.elmhurst.edu. В архиве из оригинала на 19.11.2016. Получено 2017-10-28.
  25. ^ "Водородная связь". www.chem.purdue.edu. В архиве из оригинала от 08.08.2011. Получено 2017-10-28.
  26. ^ «межмолекулярная связь - водородные связи». www.chemguide.co.uk. В архиве из оригинала на 19.12.2016. Получено 2017-10-28.

дальнейшее чтение

  • Роберт Зигфрид (2002), От элементов к атомам: история химического состава, Американское философское общество, ISBN  978-0-87169-924-4