Определение и типы химических соединений

| 12 марта, 2023 | Химия

Химическое вещество состоит из нескольких одинаковых молекул, состоящих из атомов более чем одного элемента, связанных друг с другом химическими связями. В зависимости от того, как составляющие атомы удерживаются вместе, существует четыре типа соединений:

  • молекулы, удерживаемые вместе ковалентными связями

  • ионные соединения, удерживаемые ионными связями

  • интерметаллические соединения, удерживаемые металлическими связями

  • Конкретные комплексы удерживаются вместе координационными ковалентными связями.

Химическая формула — это способ передачи информации о частях атомов, составляющих определенное химическое соединение, с помощью стандартных сокращений для химических элементов и нижних индексов для указания количества задействованных атомов. Например, вода состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода: химическая формула записывается как H₂O. Некоторые химические соединения имеют эксклюзивный числовой идентификатор, присвоенный Chemical Abstracts Service (CAS):

Соединение может быть преобразовано в другую химическую конформацию путем взаимодействия со вторым химическим соединением посредством химической реакции. В этом методе связи между атомами разрушаются в обоих взаимодействующих соединениях, а затем связи реструктурируются, так что между атомами устанавливаются новые связи.

Определение

Любой материал, содержащий два или более различных типа атомов (химических элементов) в фиксированном стехиометрическом соотношении, может называться химическим соединением; эту идею легче всего понять при рассмотрении чистых химических материалов. Из того, что они состоят из двух или более видов атомов с фиксированным соотношением, следует, что химические соединения могут быть преобразованы посредством химической реакции в соединения или материалы, каждое из которых имеет меньшее количество атомов. Доля каждого элемента в соединении выражена пропорцией в его химической формуле. Химическая формула — это способ выражения информации о частях атомов, которые составляют определенное химическое соединение, с использованием стандартных сокращений для химических элементов и нижних индексов, чтобы показать количество задействованных атомов. Например, вода состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода: химическая формула записывается как H₂O. В примерах соединений, которые не являются стехиометрическими, соотношение может быть воспроизводимым относительно их производства и давать фиксированное соотношение их составляющих элементов, но пропорции, которые не являются существенными

Химические соединения содержат уникальную и определенную химическую конфигурацию, связанную в определенном трехмерном расположении химическими связями. Химические соединения могут быть молекулярными соединениями, которые удерживаются вместе ковалентными связями, солями, которые удерживаются вместе ионными связями, интерметаллическими соединениями, которые удерживаются вместе металлическими связями, или подмножеством химических комплексов, которые связаны вместе координатными ковалентными связями. Химические элементы, которые находятся в чистом виде, обычно не считаются химическими соединениями, поскольку они не имеют потребности в двух или более атомах, хотя они часто содержат молекулы, состоящие из нескольких атомов. Некоторые химические соединения имеют отдельный числовой идентификатор, присвоенный Chemical Abstracts Service (CAS):

Типы

1. Молекулярное соединение

Молекулы связываются ковалентными связями.

Молекула представляет собой нейтральную группу (электрически) из двух или более атомов, соединенных химическими связями. Молекулы отделены от ионов недостатком электрического заряда. Тем не менее, в квантовой органической химии, физике и биохимии слово «молекула» часто используется менее строго, а также применяется к многоатомным ионам (имеющим более одного атома).

В кинетической теории газов слово «молекула» часто используется для обозначения какой-либо газовой частицы независимо от ее составляющей. В соответствии с этим определением атомы благородных газов считаются молекулами, которые являются одноатомными молекулами.

Молекула может быть гомоядерной, то есть состоять только из атомов одного химического элемента, как в случае с кислородом (O₂); или это может быть гетероядерное химическое соединение, состоящее более чем из одного элемента, например вода (H2O). Атомы и комплексы, связанные нековалентными взаимодействиями, такими как водородные или ионные связи, обычно не рассматриваются как отдельные молекулы.

Ковалентная связь образует H₂ (справа), где два атома водорода разделяют два электрона.

Ковалентная связь — это химическая связь, которая содержит распределение электронных пар между атомами. Эти электронные пары называются связующими парами или общими парами, а устойчивое равновесие сил притяжения и отталкивания между атомами, когда они распределяют электроны, называется ковалентной связью.

2. Ионное соединение

Ионные соединения, которые удерживаются вместе ионными связями, называются ионными соединениями. В химии ионное соединение — это химическое соединение, состоящее из ионов, которые удерживаются вместе за счет электростатических сил, называемых ионной связью. Соединение полностью нейтрально, но состоит из положительно заряженных ионов, называемых катионами, и отрицательно заряженных ионов, называемых анионами. Это могут быть только ионы, такие как хлорид натрия, натрия (Na⁺) и хлорид (Cl⁻), или многоатомные ионы, такие как карбонат аммония, ионы аммония (NH⁴⁺) и карбоната (CO₂⁻³). Отдельные ионы в ионном соединении обычно имеют несколько закрытых соседей, поэтому они не являются частью молекул, а в качестве альтернативы являются частью непрерывной трехмерной сети, обычно в кристаллической структуре.

Ионные соединения, состоящие из ионов водорода (H⁺), классифицируются как кислоты, а соединения, содержащие основные ионы оксида (O²⁻) или гидроксида (OH⁻), относятся к категории оснований. Ионные соединения без этих ионов также называются солями и могут образовываться в результате кислотно-основных реакций. Ионные соединения могут быть также образованы из составляющих их ионов путем испарения их замораживания, осаждения, растворителя, реакции переноса электрона или твердофазной реакции реакционноспособных металлов с реакционноспособными неметаллами, такими как газообразные галогены.

Ионные соединения обычно имеют высокие температуры кипения и плавления, а также твердые и слабые. Как твердые вещества они являются электрически изолирующими, но в жидком или растворенном состоянии они становятся чрезвычайно проводящими, так как ионы мобилизуются.

3. Интерметаллические соединения

Интерметаллид, также известный как интерметаллическое соединение, который связан металлическими связями, представляет собой тип металлического сплава, который образует твердотельное соединение, демонстрирующее отчетливую стехиометрию и упорядоченную кристаллическую структуру.

4. Координатное соединение

Определенные комплексы, которые удерживаются вместе координационными ковалентными связями. Координационный комплекс, который обычно является металлическим и является так называемым координационным центром и ближайшим массивом связанных молекул или ионов, которые, в свою очередь, называются комплексообразующими агентами или лигандами. Многие металлосодержащие соединения, в основном переходные металлы, являются координационными комплексами. Координационный комплекс, центром которого является атом металла, известен как комплекс металла.

Реакции

Соединение может быть преобразовано в различные химические составляющие путем взаимодействия со вторым химическим соединением посредством химической реакции. В этом методе связи между атомами разрушаются в обоих связанных соединениях, а затем связи преобразуются так, что между атомами создаются новые связи.

Эту реакцию можно назвать AB + CD → AD + CB, где A, B, C и D — каждый отдельный атом; и AB, AD, CD и CB представляют собой каждое уникальное соединение.