От чего, кроме состава молекул, зависят свойства вещества?

Коротко: свойства вещества определяются не только химическим составом молекул, но и тем, как эти молекулы (или атомы/ионы) организованы и в каких условиях находятся. Ниже — основные факторы с пояснениями и примерами.

1. Структура и упаковка частиц

• Кристаллическая решётка, тип связи и координация. Один и тот же состав может давать разные свойства: алмаз и графит — оба из C, но твёрдость/электропроводность противоположны из-за разной решётки.

• Полиморфизм и аллотропия: разные кристаллические формы (CaCO₃: кальцит vs арагонит) имеют разные плотности, твёрдость, растворимость.

• Аморфное vs кристаллическое состояние: аморфные стекла и кристаллические материалы при одном составе ведут себя по-разному (температура размягчения, хрупкость).

• Текстура и ориентация зёрен: прокатанный металл с выраженной текстурой проводит тепло/электричество и деформируется анизотропно.

2. Размер и форма частиц

• Дисперсность, наномасштаб: наночастицы золота выглядят красными/фиолетовыми и активны каталитически, тогда как массивное золото — жёлтый инертный металл.

• Удельная поверхность: порошок растворяется и реагирует быстрее, чем монолит.

• Морфология (пластины, иглы, сфероиды): влияет на текучесть порошков, фильтруемость, оптику.

3. Дефекты и примеси

• Точечные дефекты, вакансии, дислокации, границы зёрен: сильно меняют прочность, пластичность, электропроводность.

• Следовые примеси и допирование: кремний без примесей — диэлектрик; с ppm-уровнями бора/фосфора — полупроводник.

• Загрязнения и влажность: соль «слеживается» из-за гигроскопичности; следы воды повышают проводимость органических растворителей.

4. Агрегатное состояние и фазовый состав

• Твёрдое/жидкое/газ/плазма — разные теплопроводность, плотность, сжимаемость.

• Смеси фаз и соотношение полиморфов: сталь (феррит/перлит/мартенсит) — радикально разные механические свойства.

5. Температура и давление

• Температура влияет на вязкость, растворимость, магнитные свойства (точка Кюри), сверхпроводимость.

• Давление сдвигает равновесия и фазовые переходы (лёд имеет множество фаз при высоком давлении).

6. Внешняя среда

• Растворитель, pH, ионная сила, диэлектрическая проницаемость: определяют степень диссоциации, агрегирование, реакционную способность. Один и тот же препарат в воде и в неполярном растворителе ведёт себя по-разному.

• Концентрация/активность: вязкость растворов полимеров, электропроводность электролитов зависят от концентрации.

• Наличие сополимеров, пластификаторов, поверхностно-активных веществ: изменяют стеклование, эластичность, смачиваемость.

7. Конформация и стереохимия

• Пространственное строение (изомеры, хиральность): свойства (запах, биологическая активность, температура плавления) у энантиомеров и диастереомеров различны при одинаковом составе.

• Для полимеров — тактичность (изо-/синдио-/атактичность) и степень кристалличности меняют прочность, прозрачность, T₉.

8. Молекулярная масса и распределение

• Для полимеров: средняя молекулярная масса и полидисперсность влияют на вязкость расплава, прочность, растворимость и температуру стеклования.

9. История образца (предобработка)

• Термообработка, закалка, отпуск, отжиг: управляют фазами и дефектами → прочность и хрупкость стали.

• Механическая обработка (наклёп, холодная деформация): повышает прочность, но снижает пластичность.

• «Память» материала: темперирование шоколада или очков из нитинола — разные свойства при одинаковом составе.

10. Поверхностные и межфазные эффекты

• Состояние поверхности (оксидные плёнки, адсорбция, шероховатость) влияет на коррозию, катализ, смачиваемость и трение.

• Размеры до микронов/нано дают доминирование поверхностной энергии → иные температуры плавления и реакционная способность.

11. Внешние поля и излучение

• Электрические и магнитные поля: поляризация, магнитосопротивление, ферроэлектрические/ферромагнитные переходы.

• Свет, радиация: фотохимия, фотопроводимость, радиационные дефекты.

Итог: свойства вещества — это функция не только «что за молекулы», но и «как они упакованы, насколько велики, какие дефекты и примеси есть, в какой фазе и среде находятся, какова их история и под какими внешними воздействиями они находятся». Именно поэтому один и тот же химический состав может проявлять совершенно разные механические, электрические, оптические и химические свойства.