Если вы столкнулись с утверждением: «Все органические вещества имеют ионную кристаллическую решетку», то правильный ответ на этот вопрос — категорическое НЕТ. Это утверждение является глубоко ошибочным и противоречит основам химии строения вещества.
Давайте разберемся, почему это так, какие решетки на самом деле характерны для органики, и какие редкие исключения все-таки существуют. Для начала вспомним, что такое кристаллическая решетка в целом.
Что такое кристаллическая решетка?
Кристаллическая решетка — это трехмерная пространственная сетка (вспомогательный геометрический образ), в узлах которой располагаются структурные частицы вещества: атомы, молекулы или ионы. То, какие именно частицы находятся в узлах и как они связаны между собой, определяет тип решетки и, как следствие, физические свойства вещества.
Ионная кристаллическая решетка: особенности
Ионная кристаллическая решетка в своих узлах имеет попеременное расположение положительно и отрицательно заряженных ионов. Частицы в такой решетке связаны между собой мощными силами электростатического притяжения.
Свойства веществ с ионной решеткой: - Высокая твердость (связи между ионами очень прочные);
- Тугоплавкость (требуется много энергии, чтобы разрушить решетку);
- Нелетучесть;
- Способность проводить электрический ток в расплавленном виде или в водном растворе (за счет движения свободных ионов).
Кто обладает ионной решеткой?
Как правило, это соли (органические и неорганические, включая соли аммония), щелочи, основания, а также бинарные соединения активных металлов с активными неметаллами (оксиды, галогениды, сульфиды). Пример: хлорид натрия (NaCl) или сульфат калия (K₂SO₄).
Какую решетку имеют органические вещества?
Подавляющее большинство органических соединений (углеводороды, спирты, карбоновые кислоты, углеводы, белки и т.д.) образуют молекулярную кристаллическую решетку.
В узлах молекулярной решетки находятся не отдельные ионы, а целые молекулы. Внутри самих молекул атомы связаны прочными ковалентными связями, однако между молекулами действуют слабые межмолекулярные силы (водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса).
Свойства органических веществ с молекулярной решеткой: - Незначительная твердость (вещества часто легко крошатся или деформируются);
- Легкоплавкость (молекулы легко отделяются друг от друга при нагревании);
- Летучесть (многие имеют запах и легко испаряются);
- Неэлектропроводны (как в твердом виде, так и в расплавах, так как нет заряженных частиц, свободных ионов).
Яркий пример, лед (твердая вода H₂O, хотя и неорганическое вещество, является отличной иллюстрацией молекулярной решетки), или привычный нам сахар (сахароза C₁₂H₂₂O₁₁), который легко плавится и растворяется, но ток не проводит. Именно поэтому органические вещества обычно представлены жидкостями, газами или мягкими легкоплавкими твердыми кристаллами.
Исключения: какие органические вещества имеют ионную решетку?
Хотя утверждение «все органические вещества имеют ионную решетку» ложно, в химии существует важное правило-исключение, которое нужно запомнить (особенно для сдачи экзаменов): существуют органические вещества с ионной кристаллической решеткой.
К ним относятся:
- Соли органических кислот (карбонаты, ацетаты, стеараты и т.д.). Например, ацетат натрия (CH₃COONa) или стеарат калия (C₁₇H₃₅COOK). В их узлах находятся ионы металлов и кислотные остатки.
- Алкоголяты и феноляты (продукты замещения водорода в спиртах и фенолах на металл). Например, фенолят натрия (C₆H₅ONa).
- Соли аммония и аминов (где роль катиона играет ион аммония NH₄⁺ или органический катион аминов). Например, хлорид метиламмония [CH₃NH₃]⁺Cl⁻.
Все эти вещества по своим свойствам больше напоминают типичные неорганические соли: они твердые, тугоплавкие, нелетучие и хорошо проводят ток в растворах. Но они составляют лишь крайне малую часть от всего многообразия органической химии.
Подведение итогов
Вернемся к нашему главному вопросу: все ли органические вещества имеют ионную кристаллическую решетку? Нет.
Правильное утверждение звучит так: Практически все органические вещества имеют молекулярную кристаллическую решетку. И только некоторые классы органических производных (соли карбоновых кислот, алкоголяты, феноляты, соли аммония и аминов) обладают ионной кристаллической решеткой.
Помните: тип решетки определяется тем, какие частицы находятся в ее узлах. Если это целые нейтральные молекулы — решетка молекулярная, если заряженные ионы — ионная. Именно структура определяет все: от температуры плавления сахара до прочности кристалла поваренной соли.