Химично съединение, химическа връзка - Химия
3. Химично съединение, химическа връзка
Разнообразието от обекти, изучавани в рамките на химията, в никакъв случай не се ограничава до елементи и изотопи. Химическите елементи се комбинират в по-сложни системи, наречени химични съединения. На нивото на микрокосмоса това се описва като образуване на по-сложни (композитни) частици от атоми - молекули.
► Молекулата е най-малкият електрически неутрален набор от атоми, които образуват специфична структура чрез така наречените химически връзки.
Химичната връзка е едно от основните физически взаимодействия - електромагнитното. Атомите получават възможност да влязат в химическа връзка поради загубата на своята електронеутралност в резултат на откъсването на един или повече електрони (положителен заряд) или прикрепването на един или повече електрони (отрицателен заряд). Освен това, противоположно заредените частици - йони - се привличат към приятел, неутрализирайки зарядите си и в крайна сметка образувайки молекула от химично съединение, което има свойството електро неутралност. В този пример се разглежда така наречената йонна химическа връзка, която се характеризира с възможно най-високата свързваща енергия сред всичките си видове. Други известни видове химически връзки - ковалентни, донорно-акцепторни и др. - също са свързани с електромагнитни взаимодействия; само в тези случаи не се получава отделянето на електроните от атома, а тяхното известно изместване от неутралното положение, в резултат на което също се образува определен заряд.
► Процесът на образуване на молекули от атоми се нарича химическа реакция.
Периодичната таблица на елементите определя за всеки елемент:
♦ вид и заряд на заредена частица (йон);
♦ видове химически съединения, в които могат да влязат атоми на даден елемент, тоест всъщност химични формули на молекули;
♦ видове химически връзки, които могат да се реализират в такива молекули;
♦ видове химически реакции, при които този елемент може да влезе.
Молекулите могат да съдържат атоми само на един елемент, като в този случай такива вещества се наричат прости. Многобройни примери са съществуването на чисти метали (особено химически инертни благородни метали - злато, платина), инертни газове - неон, радон и др. В някои прости вещества молекулите се състоят от два или повече еднакви атома - това са така наречените двуатомни газове, например кислород O2, халогени - газове флуор F2 и хлор Cl2, течен бром Br2, твърд йод J2. Молекулата на добре познатия озонов газ съдържа три кислородни атома съгласно формулата O3, а молекулата на белия фосфор съдържа четири фосфорни атома P4.
Веществата, чиито молекули се състоят от атоми на различни елементи, се наричат сложни вещества или химични съединения, например: съединения на различни елементи с кислород се наричат оксиди, с флуор - флуориди, с хлор - хлориди. Всички химични съединения са групирани в класове, а имената на съединения от различни класове се определят съгласно международните стандарти за IUPAC номенклатурата на химичните съединения.
Традиционно химическите съединения се подразделят на неорганични - съединения на всички елементи от Периодичната система и органични - съединения на въглерод и някои други елементи, в които въглеродните атоми са свързани помежду си във вериги (съответно основните форми на химическата наука се оформят - неорганични и органична химия). Понастоящем са известни няколко милиона химични съединения и броят им непрекъснато нараства поради синтеза на нови органични съединения.
В момента са известни 110 елемента и броят на образуваните от тях прости вещества е около 400. Тази разлика се обяснява със способността на някои елементи да съществуват под формата на различни прости вещества, които се различават както по химични, така и по физични свойства. Това явление се нарича алотропия, а самите различни вещества се наричат алотропни модификации. Свойството да образуват алотропни модификации притежават и двете прости вещества, например горните съединения двуатомен кислород и триатомен озон (също толкова известен пример е алотропията на въглерод С: въглища, диамант, графит, шунгит - химическата формула всички изброени съединения са едни и същи) и сложни съединения, например многобройни алотропни форми на силициев оксид (речен пясък, минерален кварц и др.) и алуминиев оксид (алуминиев оксид и корунд).
4. Химична реакция, нейната скорост, кинетика и катализа, биокатализатори
За да се установи съставът на химичните съединения, законът за постоянството на техния състав е много важен. Разпоредбите на този закон позволиха на химиците да отделят истински химически съединения от обикновени смеси. За първи път в историята на химията този закон е формулиран от френския химик Ж. Пруст в началото на 19 век:
► Всяко отделно химично съединение има строго определен непроменен състав, силно привличане на компоненти и по този начин се различава от смесите.
Теоретично законът за постоянство на състава е обоснован от английския учен Д. Далтън в известния му закон за множество съотношения: „съединенията се състоят от атоми на две или повече съединения, образуващи определени комбинации помежду си“. В негова чест всички химични съединения с постоянен състав (и огромното им мнозинство сред веществата) се наричат далтониди.
Законът за постоянството на състава на материята се използва и от Д. И. Менделеев при разработването на неговата периодична система - постоянството на състава на съединенията, които даден елемент може да образува, следва от неговото положение в периодичната таблица. Концепцията за състава на дадено вещество е една от концептуалните концепции за химията като естествена наука. Постоянството на състава на химичните съединения се дължи на физическата природа на химичните връзки, които обединяват атомите в една квантово-механична система - молекула.