ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ ВСХСС

Анализ распределения и периодичности расположения основных типов, классов, групп, подгрупп химических соединений в XT (см. рис. 6.1 и 6.2) и особенностей их структуры и свойств свидетельствует об определяющем влиянии на это их элементного состава и типа химического межъядерного взаимодействия.

Изменение строения веществ и материалов можно проиллюстрировать хотя бы тем, что по мере перехода по левой и правой сторонам XT снизу вверх (от вершин М и И к вершине К) имеют место:

  • • постепенное закономерное преобразование типично металлических и ионных кристаллических немолекулярных (непрерывных) химических структур и соединений бертоллидного типа в молекулярные (дискретные: макро-, олиго- и моно(низко-)мо- лекулярные) дальтонидного типа;
  • • соответствующее снижение их способности к кристаллизации (и повышение способности к аморфизации);
  • • понижение их электро- и теплопроводности, плотности и т.д.;
  • • закономерный переход к преимущественному существованию соединений в н.у. не в виде твердых и жидких (конденсированных), а в виде низкомолекулярных газообразных веществ и материалов, типа галогенидов или оксидов, типа F2 или СО (в районе вершины К).

Фундаментальность предложенной химической системы в виде XT наглядно раскрывается при внимательном ее рассмотрении. Ведь очевидно, что по мере перехода от вершин И и М к вершине К происходит постепенное закономерное изменение СОЭ и соотношения Ск, См, Си и, соответственно, структуры и свойств химических соединений. Причем при равенстве двух последних — степени ковалентности (50/50) происходит (рис. 6.2) качественный скачок: у химического вещества появляется возможность перехода от существования в виде металлических и ионных непрерывных (немолекулярных) соединений бертолидного типа (нижняя половина XT) к существованию в дискретной дальтонидной (молекулярной: моно-, олиго- и макромолекулярной) форме (верхняя половина XT), т.е. число ядер (атомных остовов) в ХС становится конечным. Отдельные дискретные молекулы вещества уже связываются в ассоци- аты и агрегаты качественно другим типом взаимодействия — ван- дер-ваальсовым или водородным межмолекулярным. Чем ближе ХС будет находиться к вершине К (промежуточные СОЭ и максимальная степень ковалентности), тем меньшее число атомных остовов (ядер) будет содержаться (но не менее двух) в его структуре (N2, 0„

NO, СО и т.д.) и тем меньше будет уровень характерного для него («остаточного» от химического) ММВ.

В результате возрастает вероятность существования ХС (в нормальных условиях) в газообразном, а не в жидком и твердом (конденсированном) агрегатном состоянии. Примером, подтверждающим этот вывод, может служить ряд ХС, в котором по мере роста соотношения Скм гомосвязи в их биядерных молекулах 67/33, 74/26, 79/21 и 100/0 логично изменяются (уменьшается) уровень межмолекулярного ван-дер-ваальсового взаимодействия и их агрегатное состояние: 12 — кристалл с металлическим блеском, Вг2 — жидкость, С12 и F2 — газы. В итоге принцип «единства и различия» всего многообразия химических связей и органических (углеродных), элементоорганических (смешанных) и неорганических (безуглерод- ных) соединений, заложенный в системе, позволяет в принципе оценивать и прогнозировать не только собственно химическую организацию строения вещества, но и надмолекулярную ее составляющую.

Аналогично можно проследить, сравнить и далее прогнозировать способность целых классов химических веществ к кристаллизации, стеклообразованию (аморфизации), изменению их электро- и теплопроводности и т.д. Ясно, что чем ближе тип химической связи (образующий конкретное ХС) будет находиться к вершинам М и И XT, тем больше будет его способность к кристаллизации и меньше к стеклообразованию (аморфизации). Аналогичен и ход общей закономерности изменения электропроводности ХС, с соответствующим пониманием отличий в механизме (электронный в металлах или ионный в расплавах и растворах солей) и в условиях протекания этого явления для гомоядерных (ковалентно-металлических типа Na и Cs) и гетероядерных (ковалентно-ионных типа NaCI и ковалентно- металло-ионных Mg3Sb2) соединений.

При этом корректность сравнения и прогноза химической структуры и конкретных свойств отдельных классов ХС потребовала представления системы XT в новом развернутом виде (рис. 6.2), т.е. с несколькими параллельно расположенными левыми и правыми сторонами-осями. Для гомосоединений: s-,p~, d- и /-элементов (левая сторона XT) для гетеросоединений: Э—О — элементооксаны (оксиды различных элементов), Э—N — элементоазаны (нитриды), Э—S (эле- ментотианы) и т.д. (правая сторона и площадь XT).

Отметим, что положение конкретной связи и соединения на ее основе (точка или область для группы соединений) в XT на первом уровне их систематизации определяются через соответствующий вклад основных химических компонент связи (в %), а на втором уровне для олиго- и макромолекулярных соединений (когда тип связи между СПЗ практически един) их положение дополнительно должно конкретизироваться в зависимости от молекулярной массы вещества (например, на еще одном дополнительном уровне осей). Иначе говоря, «органическая химия» начинается с углеводородов (область 3, приближенная к вершине К на правой стороне XT, рис. 6.2), которую далее можно развернуть с помощью дополнительных осей.

С помощью СХСС в виде XT фактически впервые появляется принципиальная возможность:

  • • проследить (исследовать) взаимосвязь между элементным составом химического гомо- (левая сторона) или гетеро- (правая сторона) соединения любого класса, типом его химической связи, структуры и свойствами;
  • • прогнозировать на этой основе структуру и свойства новых веществ и материалов.

Фундаментальной химической основой предложенной системы, в отличие от Периодической системы физических соединений — атомов, является не масса ХС в целом (так как она теряет свой смысл в химических немолекулярных соединениях, т.е. соединениях с преимущественно металлическим и ионным типом связи), а характеристика химической связи. Кроме того, современное понимание того, что химическая связь — это те же самые обобществленные (валентные, в преимущественно ковалентных соединениях) электроны (а не все электроны атомного остова), позволило показать закономерную фундаментальную периодичность влияния изменения массы ОЭ или индивидуальных химических веществ на их структуру и свойства [13]. Иначе говоря, тип химической связи и химического гомо- и гетеросоединения, их структура и свойства также подчиняются закону периодичности на этом химическом уровне организации вещества (см. табл. 6.1).

Уже определены (рис. 6.1, 6.2 и табл. 6.1) границы существования вещества в виде металлических и неметаллических материалов (моно- и макромолекулярных), достаточно очевидна возможность использования данной системы и для прогнозирования структуры и свойств преимущественно ионных, ковалентных, металлических веществ и далее полимерных, металлических и керамических материалов на их основе. Причем также очевидно, что Периодическая система атомов Д.И. Менделеева как система более низкого уровня структурной организации вещества по сравнению с химическим (в рамках двухуровневой организации в виде атомно-молекулярного учения) естественно «поглощается» представленной СХСС. Размещаясь на ее левой стороне в виде соответствующих гомоядерных соединений атомов 5-, р-, d- и /-элементов (см. рис. 6.2 и табл. 6.1). Фактически XT представляет еще более сжатый и наполненный химическим смыслом вариант концентрации и свертывания основополагающей фундаментальной химической информации в единую систему, а также материаловедческой информации. Ведь Периодическая система атомов Д.И. Менделеева не может в отличие от СХСС охватить не только реальные гомоядерные соединения элементов — простые вещества (см. рис. 6.2 и табл. 6.1), но и еще большее многообразие гетероядерных веществ и материалов, лежащих на площади СХСС в виде XT.

Таким образом, рассмотренный выше XT, несет в себе признаки фундаментально новой системы — химической (СХСС), позволяющей положить начало объединению всего многообразия химических связей, соединений и материалов на их основе.

Понятно, что предложенная и рассмотренная выше СХСС далека до полного завершения и совершенства, да и вряд ли имеет смысл говорить об этом, так как любая система предполагает свое дальнейшее развитие. Однако главное, что в этой системе впервые заложены такие фундаментальные основы и принципы, которые позволяют раскрыть качественное единство и одновременно специфику химических связей, соединений, веществ и материалов (опирающиеся на их фундаментальную индивидуальность и отличия от физических явлений). Это позволяет оценивать их количественное многообразие в рамках единых универсальных подходов с опорой на достижения классической теоретической и практической химии, с учетом квантово-механических подходов. Поэтому следует ожидать, что принципиального изменения предложенной системы (СХСС) не произойдет.

В завершение отметим, что рассмотренная СХСС представляет собой результат синтеза теории химического строения вещества А.М. Бутлерова, Периодической системы Д.И. Менделеева, идей Х.Г. Гримма и Л. Полинга (о принципиальной возможности систематизации веществ по типу химических связей) и осознанного понимания необходимости попыток раскрытия фундаментальной индивидуальности химии по сравнению с физикой и другими другими естественными науками. Принципиальная возможность объединения в предложенной системе практически любых классов ХС (органических, неорганических, элементоорганических) позволяет оценить перспективность ее использования как стержневой основы единой теории строения химических соединений, веществ и материалов на их основе.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >