"Álcool" Da história  Você sabe disso no século IV. BC e. as pessoas sabiam como fazer bebidas contendo álcool etílico? O vinho foi obtido por fermentação de sucos de frutas e bagas. No entanto, eles aprenderam a extrair o componente intoxicante muito mais tarde. No século XI. os alquimistas capturaram vapores de uma substância volátil que foi liberada quando o vinho foi aquecido Definição n Fórmula geral dos álcoois monohídricos saturados СnН2n+1ОН Classificação dos álcoois De acordo com o número de grupos hidroxila CxHy(OH)n Álcoois monohídricos CH3 - CH2 - CH2 OH Dihídrico glicóis CH3 - CH - CH2 OH OH Pela natureza do radical hidrocarboneto hidrocarboneto do radical CxHy(OH)n CxHy(OH)n Limite Limite CH3 CH3 –– CH CH2 CH2 2 ––CH 2 OH OH Insaturado Insaturado CH CH2 = CH CH––CH CH2 2 = 2 OH OH Aromático CH CH2 OH 2 --OH Aromático hidrogênio correspondente ao álcool, adicione o sufixo (genérico) - OL. Os números após o sufixo indicam a posição do grupo hidroxila na cadeia principal: H | H-C-OH | H metanol H H H |3 |2 |1 H- C – C – C -OH | | | H H H propanol-1 H H H | 1 | 2 |3 H - C - C - C - H | | | H OH H propanol -2 TIPOS DE ISOMERISMO 1. Isomerismo da posição do grupo funcional (propanol-1 e propanol-2) 2. Isomerismo do esqueleto de carbono CH3-CH2-CH2-CH2-OH butanol-1 CH3-CH -CH2-OH | CH3 2-metilpropanol-1 3. Isomerismo interclasses - álcoois são isoméricos a éteres: CH3-CH2-OH etanol CH3-O-CH3 sufixo éter dimetílico -ol  Para álcoois poli-hídricos, antes do sufixo -ol em grego (-di-, -tri-, ...) o número de grupos hidroxila é indicado  Por exemplo: CH3-CH2-OH etanol Tipos de isomerismo dos álcoois Estrutural 1. Cadeia carbônica 2. Posições dos grupos funcionais PROPRIEDADES FÍSICAS  Álcoois inferiores (C1-C11) líquidos voláteis com odor pungente  Álcoois superiores (C12- e superiores) sólidos com odor agradável PROPRIEDADES FÍSICAS Nome Fórmula Pl. g/cm3 tmeltC tbpC Metil CH3OH 0,792 -97 64 Etil C2H5OH 0,790 -114 78 Propil CH3CH2CH2OH 0,804 -120 92 Isopropil CH3-CH(OH)-CH3 0,786 -88 82 Butil CH3CH2CH2CH2OH 0,8108 - Característica 0,8108 - Característica : estado de agregação O álcool metílico (o primeiro representante da série homóloga dos álcoois) é um líquido. Talvez tenha um alto peso molecular? Não. Muito menos do que o dióxido de carbono. Então, o que é? R - O ... H - O ... H - O H R R Por quê? CH3 - O ... H - O ... N - O H N CH3 E se o radical for grande? CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - O ... H - O H N As ligações de hidrogênio são muito fracas para manter uma molécula de álcool, que tem uma grande parte insolúvel, entre as moléculas de água Uma característica das propriedades físicas: contração Por que, ao resolver o cálculo problemas, eles nunca usam volume, mas apenas por peso? Misture 500 ml de álcool e 500 ml de água. Obtemos 930 ml de solução. As ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool e água são tão grandes que o volume total da solução diminui, sua “compressão” (do latim contraktio – compressão). Representantes individuais de álcoois Álcool monohídrico - metanol  Líquido incolor com ponto de ebulição de 64°C, odor característico Mais leve que a água. Arde com uma chama incolor.  É usado como solvente e combustível em motores de combustão interna Metanol é um veneno  O efeito tóxico do metanol é baseado em danos aos sistemas nervoso e vascular. A ingestão de 5-10 ml de metanol leva a intoxicação grave e 30 ml ou mais - à morte Álcool monohídrico - etanol Líquido incolor com odor característico e sabor de queimado, ponto de ebulição 78C. Mais leve que a água. Mistura-se com ela em qualquer relacionamento. Inflamável, queima com uma chama azulada levemente luminosa. Amizade com a polícia de trânsito Os espíritos são amigos da polícia de trânsito? Mas como! Você já foi parado por um inspetor da polícia de trânsito? Você respirou em um tubo? Se você teve azar, ocorreu a reação de oxidação do álcool, na qual a cor mudou e você teve que pagar uma multa A questão é interessante. O álcool refere-se a xenobióticos - substâncias que não estão contidas no corpo humano, mas afetam sua atividade vital. Tudo depende da dose. 1. O álcool é um nutriente que fornece energia ao corpo. Na Idade Média, o corpo recebia cerca de 25% de sua energia do consumo de álcool; 2. O álcool é um medicamento com efeito desinfetante e antibacteriano; 3. O álcool é um veneno que atrapalha os processos biológicos naturais, destrói os órgãos internos e o psiquismo e, se consumido em excesso, leva à morte Uso do etanol  O álcool etílico é utilizado no preparo de diversas bebidas alcoólicas;  Na medicina para a preparação de extratos de plantas medicinais, bem como para desinfecção;  Em cosméticos e perfumaria, o etanol é um solvente para perfumes e loções Efeitos nocivos do etanol  No início da intoxicação, as estruturas do córtex cerebral sofrem; a atividade dos centros cerebrais que controlam o comportamento é suprimida: o controle razoável sobre as ações é perdido e uma atitude crítica em relação a si mesmo diminui. I. P. Pavlov chamou esse estado de “violência do subcórtex”  Com um teor muito alto de álcool no sangue, a atividade dos centros motores do cérebro é inibida, principalmente a função do cerebelo sofre - uma pessoa perde completamente a orientação Prejudicial Efeitos do etanol  As alterações na estrutura cerebral causadas por muitos anos de intoxicação alcoólica são irreversíveis e, mesmo após abstinência prolongada do consumo de álcool, persistem. Se uma pessoa não pode parar, então os desvios orgânicos e, consequentemente, mentais da norma estão aumentando. Efeitos nocivos do etanol  O álcool tem um efeito extremamente desfavorável nos vasos do cérebro. No início da intoxicação, eles se expandem, o fluxo sanguíneo neles diminui, o que leva ao congestionamento no cérebro. Então, quando, além do álcool, produtos nocivos de sua decomposição incompleta começam a se acumular no sangue, ocorre um espasmo agudo, ocorre vasoconstrição e complicações perigosas como derrames cerebrais se desenvolvem, levando a incapacidade grave e até a morte. QUESTÕES PARA CONSOLIDAÇÃO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Há água em um recipiente não assinado e álcool no outro. É possível usar um indicador para reconhecê-los? Quem tem a honra de obter álcool puro? O álcool pode ser sólido? O peso molecular do metanol é 32 e o do dióxido de carbono é 44. Faça uma conclusão sobre o estado de agregação do álcool. Misture um litro de álcool e um litro de água. Determine o volume da mistura. Como conduzir um inspetor de polícia de trânsito? O álcool absoluto anidro pode liberar água? O que são xenobióticos e como eles se relacionam com os álcoois? RESPOSTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Você não pode. Os indicadores não afetam os álcoois e suas soluções aquosas. Claro, os alquimistas. Talvez se este álcool contiver 12 átomos de carbono ou mais. A partir desses dados, nenhuma conclusão pode ser tirada. As ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool em um baixo peso molecular dessas moléculas tornam o ponto de ebulição do álcool anormalmente alto. O volume da mistura não será de dois litros, mas muito menos, aproximadamente 1 litro - 860 ml. Não beba enquanto dirige. Talvez se você aquecê-lo e adicionar conc. ácido sulfúrico. Não seja preguiçoso e lembre-se de tudo o que você ouviu sobre álcoois, decida por si mesmo de uma vez por todas qual é a sua dose……. e é mesmo necessário? Álcool poli-hídrico etilenoglicol  O etilenoglicol é um representante dos álcoois di-hídricos limitantes - glicóis;  Os glicóis receberam esse nome devido ao sabor adocicado de muitos representantes da série (grego “glicos” - doce);  O etilenoglicol é um líquido xaroposo de sabor adocicado, inodoro, venenoso. Mistura-se bem com água e álcool, higroscópico Uso do etilenoglicol  Uma propriedade importante do etilenoglicol é a capacidade de diminuir o ponto de congelamento da água, a partir da qual a substância tem encontrado ampla aplicação como componente de líquidos anticongelantes e anticongelantes automotivos;  É usado para obter lavsan (uma fibra sintética valiosa) Etilenoglicol é um veneno  As doses que causam envenenamento fatal por etilenoglicol variam muito - de 100 a 600 ml. Segundo alguns autores, a dose letal para humanos é de 50-150 ml. A mortalidade por etilenoglicol é muito alta e representa mais de 60% de todos os casos de intoxicação;  O mecanismo da ação tóxica do etilenoglicol ainda não foi suficientemente estudado. O etilenoglicol é rapidamente absorvido (inclusive pelos poros da pele) e circula no sangue inalterado por várias horas, atingindo uma concentração máxima após 2-5 horas. Então seu conteúdo no sangue diminui gradualmente e é fixado nos tecidos. Líquido incolor, viscoso, higroscópico, de sabor adocicado. Miscível com água em todas as proporções, bom solvente. Reage com ácido nítrico para formar nitroglicerina. Forma gorduras e óleos com ácidos carboxílicos CH2 – CH – CH2 OH OH OH Aplicação de glicerina  Utilizado na     produção de explosivos de nitroglicerina; Ao processar a pele; Como componente de alguns adesivos; Na produção de plásticos, a glicerina é utilizada como plastificante; Na produção de produtos de confeitaria e bebidas (como aditivo alimentar E422) Reação qualitativa a álcoois polihídricos Reação qualitativa a álcoois polihídricos  A reação a álcoois polihídricos é sua interação com um precipitado fresco de hidróxido de cobre (II), que se dissolve para formar um azul brilhante -solução violeta Tarefas Preencher o cartão de trabalho para a lição;  Responda às perguntas do teste;  Resolva as palavras cruzadas  Cartão de trabalho da lição “Álcoois”  Fórmula geral dos álcoois  Nomeie as substâncias:  CH3OH  CH3-CH2-CH2-CH2-OH  CH2(OH)-CH2(OH) a atomicidade do álcool?  Liste os usos do etanol  Quais álcoois são usados ​​na indústria alimentícia?  Que álcool causa envenenamento fatal quando 30 ml são ingeridos?  Que substância é usada como líquido anticongelante?  Como distinguir o álcool polihídrico do álcool monohídrico? Métodos de produção Laboratório  Hidrólise de haloalcanos: R-CL+NaOH R-OH+NaCL  Hidratação de alcenos: CH2=CH2+H2O C2H5OH  Hidrogenação de compostos carbonílicos Industrial  Síntese de metanol a partir do gás de síntese CO+2H2 CH3-OH (a pressão elevada, alta temperatura e catalisador de óxido de zinco)  Hidratação de alcenos  Fermentação de glicose: C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 Propriedades químicas I. Reações com quebra de ligação RO-H  Álcoois reagem com metais alcalinos e alcalino-terrosos, formando compostos semelhantes a sais - alcoolatos 2CH CH CH OH + 2Na  2CH CH CH ONa + H  2CH CH OH + Ca  (CH CHO) Ca + H  3 2 3 2 2 3 3 2 2 2 2 2 2  Interação com ácidos orgânicos (reação de esterificação ) leva à formação de ésteres. CH COOH + HOC H  CHCOOC H (éter etílico acético (acetato de etilo)) + HO 3 2 5 3 2 5 2 II. Reações com clivagem da ligação R–OH Com haletos de hidrogênio: R–OH + HBr  R–Br + H2O III. Reações de oxidação Os álcoois queimam: 2C3H7OH + 9O2  6CO2 + 8H2O Sob a ação de agentes oxidantes:  álcoois primários são convertidos em aldeídos, secundários em cetonas IV. Desidratação Ocorre quando aquecido com reagentes removedores de água (conc. H2SO4). 1. A desidratação intramolecular leva à formação de alcenos CH3–CH2–OH  CH2=CH2 + H2O 2. A desidratação intermolecular dá éteres R-OH + H-O–R  R–O–R(éter) + H2O

Aula 4. Estados agregados da matéria

1. Estado sólido da matéria.

2. Estado líquido da matéria.

3. Estado gasoso da matéria.

As substâncias podem estar em três estados de agregação: sólido, líquido e gasoso. Em temperaturas muito altas, surge uma espécie de estado gasoso - plasma (estado de plasma).

1. O estado sólido da matéria é caracterizado pelo fato de que a energia de interação entre as partículas é maior que a energia cinética de seu movimento. A maioria das substâncias no estado sólido tem uma estrutura cristalina. Cada substância forma cristais de uma determinada forma. Por exemplo, o cloreto de sódio tem cristais na forma de cubos, alúmen na forma de octaedros, nitrato de sódio na forma de prismas.

A forma cristalina de uma substância é a mais estável. O arranjo de partículas em um corpo sólido é representado como uma rede, em cujos nós certas partículas são conectadas por linhas imaginárias. Existem quatro tipos principais de redes cristalinas: atômicas, moleculares, iônicas e metálicas.

Estrutura cristalina atômica formado por átomos neutros que estão ligados por ligações covalentes (diamante, grafite, silício). Estrutura de cristal molecular tem naftaleno, sacarose, glicose. Os elementos estruturais desta rede são moléculas polares e não polares. Estrutura de cristal iônicoÉ formado por íons carregados positiva e negativamente (cloreto de sódio, cloreto de potássio) alternando regularmente no espaço. Todos os metais têm uma rede cristalina metálica. Em seus nós estão íons carregados positivamente, entre os quais existem elétrons em estado livre.

As substâncias cristalinas têm várias características. Uma delas é a anisotropia - ϶ᴛᴏ dissimilaridade das propriedades físicas de um cristal em diferentes direções dentro do cristal.

2. No estado líquido da matéria, a energia de interação intermolecular das partículas é proporcional à energia cinética de seu movimento. Este estado é intermediário entre gasoso e cristalino. Ao contrário dos gases, grandes forças de atração mútua atuam entre as moléculas líquidas, o que determina a natureza do movimento molecular. O movimento térmico de uma molécula líquida inclui vibracional e translacional. Cada molécula oscila em torno de um certo ponto de equilíbrio por algum tempo, e então se move e novamente ocupa uma posição de equilíbrio. Isso determina sua fluidez. As forças de atração intermolecular não permitem que as moléculas se afastem umas das outras durante seu movimento.

As propriedades dos líquidos também dependem do volume das moléculas e da forma de sua superfície. Se as moléculas líquidas são polares, elas são combinadas (associadas) em um complexo complexo. Tais líquidos são chamados de associados (água, acetona, álcool). Οʜᴎ tem maior t kip, tem menor volatilidade, maior constante dielétrica.

Como você sabe, os líquidos têm tensão superficial. Tensão superficial- ϶ᴛᴏ energia superficial por unidade de superfície: ϭ = Е/S, onde ϭ é a tensão superficial; E é a energia de superfície; S é a área da superfície. Quanto mais fortes as ligações intermoleculares em um líquido, maior sua tensão superficial. As substâncias que reduzem a tensão superficial são chamadas de tensoativos.

Outra propriedade dos líquidos é a viscosidade. Viscosidade - ϶ᴛᴏ a resistência que ocorre quando algumas camadas de um líquido se movem em relação a outras quando ele se move. Alguns líquidos têm alta viscosidade (mel, pequeno), enquanto outros são baixos (água, álcool etílico).

3. No estado gasoso da matéria, a energia de interação intermolecular das partículas é menor que sua energia cinética. Por esta razão, as moléculas de gás não são mantidas juntas, mas se movem livremente no volume. Os gases são caracterizados por propriedades: 1) distribuição uniforme em todo o volume do recipiente em que estão localizados; 2) baixa densidade em relação a líquidos e sólidos; 3) fácil compressibilidade.

Em um gás, as moléculas estão a uma distância muito grande umas das outras, as forças de atração entre elas são pequenas. Em grandes distâncias entre moléculas, essas forças estão praticamente ausentes. Um gás neste estado é chamado de ideal. Gases reais a altas pressões e baixas temperaturas não obedecem à equação de estado de um gás ideal (equação de Mendel-eev-Clapeyron), pois nestas condições começam a aparecer forças de interação entre as moléculas.

Apresentação sobre o tema "Alcoóis" em química em formato powerpoint. A apresentação para escolares contém 12 slides, que, do ponto de vista da química, falam sobre álcoois, suas propriedades físicas, reações com haletos de hidrogênio.

Fragmentos da apresentação

Da história

Você sabe que mesmo no 4º c. BC e. as pessoas sabiam como fazer bebidas contendo álcool etílico? O vinho foi obtido por fermentação de sucos de frutas e bagas. No entanto, eles aprenderam a extrair o componente intoxicante muito mais tarde. No século XI. os alquimistas captavam vapores de uma substância volátil que era liberada quando o vinho era aquecido.

Propriedades físicas

• Os álcoois inferiores são líquidos altamente solúveis em água, incolores, com odor.
• Os álcoois superiores são sólidos, insolúveis em água.

Característica das propriedades físicas: estado de agregação

• O álcool metílico (o primeiro representante da série homóloga de álcoois) é um líquido. Talvez tenha um alto peso molecular? Não. Muito menos do que o dióxido de carbono. Então, o que é?
• Acontece que é tudo sobre as ligações de hidrogênio que se formam entre as moléculas de álcool e não permitem que as moléculas individuais voem para longe.

Característica das propriedades físicas: solubilidade em água

• Os álcoois inferiores são solúveis em água, os álcoois superiores são insolúveis. Por quê?
• As ligações de hidrogênio são muito fracas para manter uma molécula de álcool, que tem uma grande porção insolúvel, entre as moléculas de água.

Característica das propriedades físicas: contração

• Por que, ao resolver problemas computacionais, eles nunca usam volume, mas apenas massa?
• Misture 500 ml de álcool e 500 ml de água. Obtemos 930 ml de solução. As ligações de hidrogênio entre as moléculas de álcool e água são tão grandes que o volume total da solução diminui, sua "compressão" (do latim contraktio - compressão).

Os álcoois são ácidos?

• Os álcoois reagem com metais alcalinos. Neste caso, o átomo de hidrogênio do grupo hidroxila é substituído por um metal. Parece ácido.
• Mas as propriedades ácidas dos álcoois são muito fracas, tão fracas que os álcoois não atuam nos indicadores.

Amizade com a polícia de trânsito.

• Os álcoois são amigos da polícia de trânsito? Mas como!
• Você já foi parado por um inspetor da polícia de trânsito? Você respirou em um tubo?
• Se você não teve sorte, ocorreu a reação de oxidação do álcool, na qual a cor mudou e você teve que pagar uma multa.

Nós damos água 1

Retirada de água - a desidratação pode ser intramolecular se a temperatura for superior a 140 graus. Neste caso, é necessário um catalisador - ácido sulfúrico concentrado.

Nós damos água 2

Se a temperatura for reduzida e o catalisador permanecer o mesmo, ocorrerá a desidratação intermolecular.

Reação com haletos de hidrogênio.

Esta reação é reversível e requer um catalisador - ácido sulfúrico concentrado.

Ser amigo ou não ser amigo do álcool.

A pergunta é interessante. O álcool refere-se a xenobióticos - substâncias que não estão contidas no corpo humano, mas afetam sua atividade vital. Tudo depende da dose.

1. Álcoolé um nutriente que fornece energia ao corpo. Na Idade Média, o corpo recebia cerca de 25% de energia através do consumo de álcool.
2. O álcool é uma droga que tem um efeito desinfetante e antibacteriano.
3. O álcool é um veneno que perturba os processos biológicos naturais, destrói os órgãos internos e a psique e, se consumido em excesso, leva à morte.

Todas as substâncias podem estar em diferentes estados de agregação - sólido, líquido, gasoso e plasma. Nos tempos antigos, acreditava-se: o mundo consiste em terra, água, ar e fogo. Os estados agregados das substâncias correspondem a essa divisão visual. A experiência mostra que as fronteiras entre estados agregados são muito arbitrárias. Gases a baixas pressões e baixas temperaturas são considerados ideais, as moléculas neles correspondem a pontos materiais que só podem colidir de acordo com as leis do impacto elástico. As forças de interação entre as moléculas no momento do impacto são desprezíveis, as próprias colisões ocorrem sem perda de energia mecânica. Mas à medida que a distância entre as moléculas aumenta, a interação das moléculas também deve ser levada em consideração. Essas interações começam a afetar a transição de um estado gasoso para um líquido ou sólido. Vários tipos de interações podem ocorrer entre as moléculas.

As forças de interação intermolecular não apresentam saturação, diferindo das forças de interação química dos átomos, levando à formação de moléculas. Eles podem ser eletrostáticos ao interagir entre partículas carregadas. A experiência mostrou que a interação da mecânica quântica, que depende da distância e orientação mútua das moléculas, é insignificante em distâncias entre moléculas de mais de 10 -9 m. Em gases rarefeitos, pode ser desprezado ou pode-se supor que o potencial energia de interação é praticamente zero. A pequenas distâncias, esta energia é pequena, em , as forças de atração mútua agem

em - repulsão mútua e força

atração e repulsão das moléculas são equilibradas e F= 0. Aqui as forças são determinadas por sua conexão com a energia potencial. Mas as partículas se movem, tendo uma certa reserva de energia cinética

nossa. Deixe uma molécula ficar imóvel e outra colidir com ela, tendo tal suprimento de energia. Quando as moléculas se aproximam, as forças de atração realizam um trabalho positivo e a energia potencial de sua interação diminui à distância, ao mesmo tempo em que a energia cinética (e a velocidade) aumenta. Quando a distância se torna menor, as forças atrativas serão substituídas por forças repulsivas. O trabalho realizado pela molécula contra essas forças é negativo.

A molécula se aproximará da molécula imóvel até que sua energia cinética seja completamente convertida em potencial. Distância mínima d, quais moléculas podem se aproximar é chamado diâmetro molecular efetivo. Depois de parar, a molécula começará a se afastar sob a ação de forças repulsivas com velocidade crescente. Tendo passado a distância novamente, a molécula cairá na região de forças atrativas, o que retardará sua remoção. O diâmetro efetivo depende do estoque inicial de energia cinética, ou seja, este valor não é constante. A distâncias iguais à energia potencial de interação tem um valor infinitamente grande ou "barreira" que impede a convergência dos centros das moléculas a uma distância menor. A razão entre a energia potencial média de interação e a energia cinética média determina o estado agregado da matéria: para gases para líquidos, para sólidos

Os meios condensados ​​são líquidos e sólidos. Neles, átomos e moléculas estão localizados próximos, quase se tocando. A distância média entre os centros das moléculas em líquidos e sólidos é de cerca de (2 -5) 10 -10 m. Suas densidades são aproximadamente as mesmas. As distâncias interatômicas excedem tanto as distâncias sobre as quais as nuvens de elétrons penetram umas nas outras que surgem forças repulsivas. Para comparação, em gases em condições normais, a distância média entre as moléculas é de cerca de 33 10 -10 m.

NO líquidos a interação intermolecular é mais pronunciada, o movimento térmico das moléculas se manifesta em oscilações fracas em torno da posição de equilíbrio e até salta de uma posição para outra. Portanto, eles têm apenas ordem de curto alcance no arranjo das partículas, ou seja, consistência no arranjo apenas das partículas mais próximas e fluidez característica.

Sólidos são caracterizados pela rigidez da estrutura, têm um volume e forma precisamente definidos, que mudam muito menos sob a influência da temperatura e pressão. Nos sólidos, os estados amorfo e cristalino são possíveis. Existem também substâncias intermediárias - cristais líquidos. Mas os átomos nos sólidos não são imóveis, como se poderia pensar. Cada um deles flutua o tempo todo sob a influência de forças elásticas que surgem entre vizinhos. A maioria dos elementos e compostos tem uma estrutura cristalina sob um microscópio.

Assim, os grãos de sal parecem cubos ideais. Nos cristais, os átomos são fixados nos nós da rede cristalina e só podem vibrar perto dos nós da rede. Cristais constituem sólidos verdadeiros, e sólidos como plástico ou asfalto ocupam uma posição intermediária, por assim dizer, entre sólidos e líquidos. Um corpo amorfo, como um líquido, tem uma ordem de curto alcance, mas a probabilidade de saltos é pequena. Assim, o vidro pode ser considerado como um líquido super-resfriado, que possui uma viscosidade aumentada. Os cristais líquidos têm a fluidez dos líquidos, mas mantêm a ordem do arranjo dos átomos e têm anisotropia de propriedades.

As ligações químicas dos átomos (e mais ou menos) nos cristais são as mesmas que nas moléculas. A estrutura e a rigidez dos sólidos são determinadas pela diferença nas forças eletrostáticas que unem os átomos que compõem o corpo. O mecanismo que liga átomos em moléculas pode levar à formação de estruturas periódicas sólidas, que podem ser consideradas macromoléculas. Assim como as moléculas iônicas e covalentes, existem cristais iônicos e covalentes. As redes iônicas nos cristais são mantidas juntas por ligações iônicas (veja a Fig. 7.1). A estrutura do sal de mesa é tal que cada íon sódio tem seis vizinhos - íons cloreto. Essa distribuição corresponde a um mínimo de energia, ou seja, quando tal configuração é formada, a energia máxima é liberada. Portanto, à medida que a temperatura cai abaixo do ponto de fusão, observa-se uma tendência à formação de cristais puros. Com o aumento da temperatura, a energia cinética térmica é suficiente para quebrar a ligação, o cristal começará a derreter e a estrutura entrará em colapso. O polimorfismo cristalino é a capacidade de formar estados com diferentes estruturas cristalinas.

Quando a distribuição de carga elétrica em átomos neutros muda, pode ocorrer uma interação fraca entre vizinhos. Essa ligação é chamada de ligação molecular ou de van der Waals (como em uma molécula de hidrogênio). Mas as forças de atração eletrostática também podem surgir entre átomos neutros, então não ocorrem rearranjos nas camadas eletrônicas dos átomos. A repulsão mútua durante a aproximação das camadas eletrônicas desloca o centro de gravidade das cargas negativas em relação às positivas. Cada um dos átomos induz um dipolo elétrico no outro, e isso leva à sua atração. Esta é a ação de forças intermoleculares ou forças de van der Waals, que possuem um grande raio de ação.

Como o átomo de hidrogênio é muito pequeno e seu elétron é facilmente deslocado, muitas vezes é atraído por dois átomos ao mesmo tempo, formando uma ligação de hidrogênio. A ligação de hidrogênio também é responsável pela interação das moléculas de água entre si. Ela explica muitas das propriedades únicas da água e do gelo (Figura 7.4).

ligação covalente(ou atômica) é alcançada devido à interação interna de átomos neutros. Um exemplo de tal ligação é a ligação na molécula de metano. Uma forma de carbono altamente ligada é o diamante (quatro átomos de hidrogênio são substituídos por quatro átomos de carbono).

Assim, o carbono, construído sobre uma ligação covalente, forma um cristal na forma de um diamante. Cada átomo é cercado por quatro átomos formando um tetraedro regular. Mas cada um deles é simultaneamente o vértice do tetraedro vizinho. Sob outras condições, os mesmos átomos de carbono cristalizam em grafite. No grafite, eles também estão conectados por ligações atômicas, mas formam planos de células hexagonais em favo de mel capazes de cisalhamento. A distância entre os átomos localizados nos vértices dos hexágonos é de 0,142 nm. As camadas estão localizadas a uma distância de 0,335 nm, ou seja, fracamente ligado, de modo que o grafite é plástico e macio (Fig. 7.5). Em 1990, houve um boom de pesquisas, causado por uma mensagem sobre o recebimento de uma nova substância - fullerita, constituído por moléculas de carbono - fulerenos. Esta forma de carbono é molecular; O menor elemento não é um átomo, mas uma molécula. É nomeado após o arquiteto R. Fuller, que em 1954 recebeu uma patente para a construção de estruturas de hexágonos e pentágonos que compõem um hemisfério. Molécula de 60 átomos de carbono com um diâmetro de 0,71 nm foram descobertos em 1985, então as moléculas foram descobertas, etc. Todos eles tinham superfícies estáveis,

mas as moléculas C 60 e Com 70 . É lógico supor que o grafite é usado como matéria-prima para a síntese de fulerenos. Se sim, então o raio do fragmento hexagonal deve ser de 0,37 nm. Mas acabou sendo igual a 0,357 nm. Essa diferença de 2% se deve ao fato de que os átomos de carbono estão localizados na superfície esférica nos vértices de 20 hexágonos regulares herdados da grafite e 12 pentaedros regulares, ou seja, o design se assemelha a uma bola de futebol. Acontece que ao "costurar" em uma esfera fechada, alguns dos hexágonos planos se transformaram em pentaedros. À temperatura ambiente, as moléculas de C 60 condensam-se numa estrutura onde cada molécula tem 12 vizinhos espaçados de 0,3 nm. No T= 349 K, ocorre uma transição de fase de primeira ordem - a rede é rearranjada em uma cúbica. O cristal em si é um semicondutor, mas quando um metal alcalino é adicionado ao filme cristalino C 60, a supercondutividade ocorre a uma temperatura de 19 K. Se um ou outro átomo é introduzido nesta molécula oca, ele pode ser usado como base para criando um meio de armazenamento com densidade de informação ultra-alta: a densidade de gravação chegará a 4-10 12 bits/cm2. Para comparação, um filme de material ferromagnético fornece uma densidade de gravação da ordem de 10 7 bits / cm 2 e discos ópticos, ou seja, tecnologia laser, - 10 8 bits/cm 2 . Este carbono também possui outras propriedades únicas que são especialmente importantes em medicina e farmacologia.

manifesta-se em cristais metálicos Ligação metálica, quando todos os átomos de um metal doam seus elétrons de valência "para uso coletivo". Eles estão fracamente ligados aos núcleos atômicos e podem se mover livremente ao longo da rede cristalina. Cerca de 2/5 dos elementos químicos são metais. Nos metais (exceto mercúrio), uma ligação é formada quando os orbitais vagos dos átomos do metal se sobrepõem e os elétrons são separados devido à formação de uma rede cristalina. Acontece que os cátions da rede estão envoltos em gás de elétrons. Uma ligação metálica ocorre quando os átomos se aproximam a uma distância menor que o tamanho da nuvem eletrônica externa. Com essa configuração (princípio de Pauli), a energia dos elétrons externos aumenta e os núcleos dos vizinhos começam a atrair esses elétrons externos, borrando as nuvens de elétrons, distribuindo-os uniformemente sobre o metal e transformando-os em um gás de elétrons. É assim que surgem os elétrons de condução, que explicam a alta condutividade elétrica dos metais. Nos cristais iônicos e covalentes, os elétrons externos estão praticamente ligados e a condutividade desses sólidos é muito baixa, eles são chamados de isolantes.

A energia interna dos líquidos é determinada pela soma das energias internas dos subsistemas macroscópicos nos quais ele pode ser dividido mentalmente e as energias de interação desses subsistemas. A interação é realizada através de forças moleculares com alcance de cerca de 10 -9 m. Para macrossistemas, a energia de interação é proporcional à área de contato, portanto é pequena, como a fração da camada superficial, mas isso não é necessário. É chamada de energia superficial e deve ser levada em consideração em problemas relacionados à tensão superficial. Normalmente, os líquidos ocupam um volume maior com igual peso, ou seja, têm uma densidade menor. Mas por que os volumes de gelo e bismuto diminuem após a fusão e mesmo após o ponto de fusão mantêm essa tendência por algum tempo? Acontece que essas substâncias no estado líquido são mais densas.

Em um líquido, cada átomo sofre a ação de seus vizinhos e oscila dentro do potencial anisotrópico que eles criam. Ao contrário de um corpo sólido, esse poço não é profundo, pois vizinhos distantes quase não têm efeito. O ambiente mais próximo de partículas em um líquido muda, ou seja, o líquido flui. Quando uma certa temperatura é atingida, o líquido entra em ebulição; durante a ebulição, a temperatura permanece constante. A energia recebida é gasta na quebra de ligações e, quando elas são completamente quebradas, o líquido se transforma em gás.

As densidades dos líquidos são muito maiores do que as densidades dos gases nas mesmas pressões e temperaturas. Assim, o volume de água em ebulição é apenas 1/1600 do volume da mesma massa de vapor de água. O volume de um líquido depende pouco da pressão e da temperatura. Em condições normais (20 °C e pressão de 1,013 10 5 Pa), a água ocupa um volume de 1 litro. Com uma diminuição da temperatura para 10 ° C, o volume diminuirá apenas em 0,0021, com um aumento na pressão - por um fator de dois.

Embora ainda não exista um modelo ideal simples de um líquido, sua microestrutura foi suficientemente estudada e permite explicar qualitativamente a maioria de suas propriedades macroscópicas. O fato de que a coesão das moléculas em líquidos é mais fraca do que em um sólido foi notado por Galileu; ele ficou surpreso que grandes gotas de água se acumulassem nas folhas de repolho e não se espalhassem sobre a folha. Mercúrio derramado ou gotas de água em uma superfície gordurosa assumem a forma de pequenas bolas devido à adesão. Quando as moléculas de uma substância são atraídas pelas moléculas de outra substância, isso é chamado de molhar, por exemplo, cola e madeira, óleo e metal (apesar da enorme pressão, o óleo fica retido nos mancais). Mas a água sobe em tubos finos, chamados capilares, e sobe quanto mais alto, mais fino o tubo. Não pode haver outra explicação além do efeito de molhar a água e o vidro. As forças de molhamento entre o vidro e a água são maiores do que entre as moléculas de água. Com o mercúrio, o efeito é inverso: a molhagem do mercúrio e do vidro é mais fraca do que as forças de coesão entre os átomos de mercúrio. Galileu percebeu que uma agulha untada pode flutuar na água, embora isso contradiga a lei de Arquimedes. Quando a agulha flutua,

mas observe uma ligeira deflexão da superfície da água, tendendo a se endireitar, por assim dizer. As forças de coesão entre as moléculas de água são suficientes para evitar que a agulha caia na água. A camada superficial, como um filme, protege a água, isto é tensão superficial, que tende a dar a forma da água a menor superfície - esférica. Mas a agulha não flutuará mais na superfície do álcool, porque quando o álcool é adicionado à água, a tensão superficial diminui e a agulha afunda. O sabão também reduz a tensão superficial, de modo que a espuma quente do sabão, penetrando em rachaduras e fendas, é melhor na remoção de sujeira, especialmente graxa, enquanto a água pura simplesmente se enrola em gotículas.

O plasma é o quarto estado agregado da matéria, que é um gás de uma coleção de partículas carregadas que interagem a grandes distâncias. Nesse caso, o número de cargas positivas e negativas é aproximadamente igual, de modo que o plasma é eletricamente neutro. Dos quatro elementos, o plasma corresponde ao fogo. Para transformar um gás em um estado de plasma, é necessário ionizar retirar elétrons dos átomos. A ionização pode ser realizada por aquecimento, pela ação de uma descarga elétrica ou por radiação forte. A matéria no universo está principalmente em um estado ionizado. Nas estrelas, a ionização é causada termicamente, em nebulosas rarefeitas e gás interestelar, pela radiação ultravioleta das estrelas. Nosso Sol também é composto de plasma, sua radiação ioniza as camadas superiores da atmosfera terrestre, chamadas de ionosfera, a possibilidade de comunicação de rádio de longo alcance depende de sua condição. Sob condições terrestres, o plasma é raro - em lâmpadas fluorescentes ou em arco elétrico. Em laboratórios e tecnologia, o plasma é mais frequentemente produzido por uma descarga elétrica. Na natureza, isso é feito por raios. Durante a ionização por uma descarga, surgem avalanches de elétrons, semelhantes ao processo de uma reação em cadeia. Para obter energia termonuclear, é utilizado o método de injeção: íons de gás acelerados a velocidades muito altas são injetados em armadilhas magnéticas, atraem elétrons do ambiente, formando um plasma. A ionização por pressão também é usada - ondas de choque. Este método de ionização é encontrado em estrelas superdensas e, possivelmente, no núcleo da Terra.

Qualquer força agindo sobre íons e elétrons causa uma corrente elétrica. Se não estiver conectado com campos externos e não estiver fechado dentro do plasma, está polarizado. O plasma obedece às leis dos gases, mas quando é aplicado um campo magnético, que regula o movimento de partículas carregadas, exibe propriedades completamente incomuns para um gás. Em um campo magnético forte, as partículas começam a girar em torno das linhas de força e, ao longo do campo magnético, elas se movem livremente. Diz-se que este movimento helicoidal muda a estrutura das linhas de campo e o campo é "congelado" no plasma. Um plasma rarefeito é descrito por um sistema de partículas, enquanto um plasma mais denso é descrito por um modelo fluido.

A alta condutividade elétrica do plasma é sua principal diferença em relação ao gás. A condutividade do plasma frio na superfície do Sol (0,8 10 -19 J) atinge a condutividade dos metais, e na temperatura termonuclear (1,6 10 -15 J) o plasma de hidrogênio conduz corrente 20 vezes melhor que o cobre em condições normais. Como o plasma é capaz de conduzir corrente, o modelo de um líquido condutor é frequentemente aplicado a ele. É considerado um meio contínuo, embora a compressibilidade o diferencie de um líquido comum, mas essa diferença se manifesta apenas em fluxos cuja velocidade é maior que a velocidade do som. O comportamento de um fluido condutor é estudado em uma ciência chamada hidrodinâmica magnética. No espaço, qualquer plasma é um condutor ideal, e as leis do campo congelado são amplamente utilizadas. O modelo de um fluido condutor permite entender o mecanismo de confinamento do plasma por um campo magnético. Assim, fluxos de plasma são ejetados do Sol, afetando a atmosfera da Terra. O fluxo em si não tem um campo magnético, mas um campo estranho não pode penetrar nele de acordo com a lei de congelamento. Fluxos solares de plasma empurram campos magnéticos interplanetários estranhos para fora da vizinhança do Sol. Aparece uma cavidade magnética, onde o campo é mais fraco. Quando esses fluxos de plasma corpuscular se aproximam da Terra, eles colidem com o campo magnético da Terra e são forçados a fluir em torno dela de acordo com a mesma lei. Acontece uma espécie de caverna onde o campo magnético é coletado e onde os fluxos de plasma não penetram. Partículas carregadas se acumulam em sua superfície, que foram detectadas por foguetes e satélites - este é o cinturão de radiação externo da Terra. Essas idéias também foram usadas na resolução de problemas de confinamento de plasma por um campo magnético em dispositivos especiais - tokamaks (da abreviação das palavras: câmara toroidal, ímã). Com plasma totalmente ionizado mantido nestes e em outros sistemas, espera-se obter uma reação termonuclear controlada na Terra. Isso forneceria uma fonte de energia limpa e barata (água do mar). O trabalho também está em andamento para obter e reter plasma usando radiação laser focada.