Металлическая связь

Во всех узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла. Между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов. Эти электроны играют роль цемента, удерживая вместе положительные ионы; в противном случае решетка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Вместе с тем и электроны удерживаются ионами в пределах кристаллической решётки и не могут её покинуть.

Большинство металлов имеет кристаллические решетки одного из трёх типов: кубическую объёмно-центрированную, кубическую гранецентрированную и, так называемую, плотную гексагональную.

По схемам металлических кристаллических решеток видно, что кубическая гранецентрированная и плотная гексагональная решётки соответствуют наиболее плотной упаковке одинаковых шаров (частиц). Кристаллы с металической связью являются проводниками. Они часто плаcтичны, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей.

Молекулярная связь

В узлах кристаллической решетки помещаются определенным образом ориентированные молекулы. Силы связи между молекулами в кристалле имеют ту же природу, что и силы притяжения между молекулами, приводящие к отклонению газов от идеальности. По этой причине их называют ван-дер-ваальсовскими силами.

Для кристаллов с молекулярными связями характерны низкие температуры плавления и высокая сжимаемость.

Водородная связь

Особая разновидность молекулярной связи – водородная связь. Это самая сильная молекулярная связь. При определённых условиях атом водорода может быть связан довольно прочно с двумя другими атомами. Имея лишь одну стабильную орбиталь, атом водорода способен образовывать только одну ковалентную связь. Эта связь может, однако, резонировать между двумя положениями. Наибольшее значение имеют те водородные связи, которые образуются между двумя сильно электроотрицательными атомами, в особенности между атомами азота, кислорода и фтора.

Водородные связи, образуемые молекулами воды, обусловливают удивительно высокие точки плавления льда и кипения воды, существование максимума плотности воды, расширение воды при замерзании. Многие особые свойства неорганических и органических молекул, например димеризация жирных кислот, объясняются образованием водородных связей. Водородная связь – особенно важная структура белков особенность белков и нуклеиновых кислот.

Молекулярные связи образуют, например, следующие вещества: H2, N2, O2, CO2, H2O.

Типы химической связи – это удобное упрощение. Более точно поведение электрона в кристалле описывается законами квантовой механики. Говоря о типе связи в кристалле, необходимо иметь в виду следующее: связь между двумя атомами никогда полностью не соответствует одному из описанных типов. В ионной связи всегда присутствеет элемент ковалентной связи и т.п.

Многообразие соединения углерода связано с тем, что в сложных веществах связь между разными атомами может быть разного типа. Так например, в кристалле белка связь в молекуле белка ковалентная, а между молекулами (или разными частями одной молекулы) водородная.

Существуют четыре аллотропных модификации углерода: алмаз, графит, карбин и букибол.

Кристаллическая решетка алмаза состоит из атомов углерода, соединенных между собой очень прочными s-связями. В кристалле алмаза все связи эквивалентны и атомы образуют трехмерный каркас из сочлененных тетраэдров. Алмаз – самое твердое вещество, найденное в природе.

Графит представляет собой темно-серое с металлическим блеском, мягкое, жирное на ощупь вещество. Хорошо проводит электрический ток. В графите атомы углерода расположены в параллельных слоях, образуя гексагональную сетку. Внутри слоя атомы связаны гораздо сильнее, чем один слой с другим, поэтому свойства графита сильно различаются по разным направлениям.

Карбин – получен искусственным путем. Существует два вида карбина: поликумулен =С=С=С=С= и полиин – C=C-C=C-C=C –.

Букибол – получен в 1985 г., имеет сферическую форму (как футбольный мяч), состоит из 60 или 70 атомов углерода.

Углерод в виде сажи, кокса, древесного угля, костных углей широко используется в металлургии, синтезе органических веществ, как топливо, в быту.

Особенности строения углерода. Соединения, в состав которых входит углерод, называются органическими.

Кроме углерода, они почти всегда содержат водород, довольно часто – кислород, азот и галогены, реже – фосфор, серу и другие элементы. Однако сам углерод и некоторые простейшие его соединения, такие как оксид углерода (II), оксид углерода (IV), угольная кислота, карбонаты, карбиды и т.п., по характеру свойств относятся к неорганическим соединениям.

В атоме углерода можно увеличить число неспаренных электронов на внешнем втором слое, если распарить электронную пару 2s-подуровня, «выселив» электрон в свободную атомную орбиталь на р-подуровне. Тогда атом углерода сможет образовать четыре связи с другими атомами, проявляя валентность IV.

6. Поясните принцип неопределенности, понятия детерминизма и индетерминизма. Как изменились представления о случайном и закономерном? Поясните роль прибора в квантовой механике

Принцип неопределенности Гейзенберга указывает естественный предел познания микромира. Ошибка в измерении количества движения, то есть импульса частицы, и погрешность измерения ее координаты оказываются связанными постоянной Планка, и любые попытки повысить точность измерения импульса приводят к росту погрешности определения координаты, и наоборот. Так проявляется антиномия «волна – частица» в квантовой физике. Возникает неустранимая неопределенность из-за влияния наблюдателя на наблюдаемый процесс. Возникает двунаправленный поток информации между субъектом и объектом исследования. В этой квантовой капле микромира отражаются проблемы познания сложных макросистем, грубо, искаженно, но отражаются.

Детерминизм и индетерминизм – противоположные философские концепции по вопросу о месте и роли причинности. Детерминизмом называется учение о всеобщей, закономерной связи, причинной обусловленности всех явлений. Последовательный детерминизм утверждает объективный характер причинности. Для индетеминизма характерно отрицание всеобщего характера причинности (в крайней форме – отрицание причинности вообще). Идеи детерминизма появляются уже в древней философии, получая свое наиболее яркое выражение в античной атомистике. Дальнейшее развитие и обоснование детерминизма получает в естествознании и материалистической философии нового времени (Ф. Бэкон, Галилей, Декарт, Ньютон, Ломоносов, Лаплас, Спиноза, французские материалисты 18 в.). В соответствии с уровнем развития естествознания детерминизм этого периода носит механистический, абстрактный характер. Это находит свое выражение в абсолютизации формы причинности, описываемой строго динамическими законами механики, что ведет к отождествлению причинности с необходимостью и отрицанию объективного характера случайности. Наиболее выпукло такая точка зрения была сформулирована Лапласом (отсюда др. наименование механического детерминизма – лапласовский детерминизм), считавшим, что значение координат и импульсов всех частиц во вселенной в данный момент времени совершенно однозначно определяет ее состояние в любой прошедший или будущий момент. Развитие науки отвергло лапласовский детерминизм не только в органической природе и общественной жизни, но и в сфере физики. Установление соотношения неопределенностей в квантовой механике показало его несостоятельность, но вместе с тем было истолковано идеалистической философией в духе индетерминизма (выводы о «свободе воли» электрона, об отсутствии причинности в микропроцессах и т.д.).