Какво е молекулярно твърдо вещество?

Молекулярните твърди вещества са онези вещества, които са съставени от ковалентни молекули, които се държат заедно от слаби сили на Ван дер Ваалс. Нека си припомним, че молекулата е единица, образувана от фиксирана група атоми на един или повече елементи, свързани заедно посредством ковалентни връзки, и които запазват своята форма, идентичност и химични свойства, дори когато са изолирани един от друг в газообразно състояние. или газообразно състояние.в разтвор.

По-голямата част от органичните съединения са изградени от молекули, но съществуват и много неорганични молекулярни твърди вещества. Молекулярните твърди вещества имат свойства и характеристики, които ги правят много различни от други твърди вещества, като йонни твърди вещества, метали и ковалентни мрежови твърди вещества. Повечето от тези свойства могат да бъдат обяснени от гледна точка на характеристиките на междумолекулните взаимодействия на Ван дер Ваалс.

Свойства на ковалентните твърди тела

Те имат ниски точки на топене и кипене

Типичните ковалентни твърди вещества имат точки на топене почти винаги под 300°C. Това е доста ниско, като се има предвид, че характерните точки на топене на металите и йонните твърди вещества са над 1000 °C.

От друга страна, техните точки на кипене също са много по-ниски от тези на други класове вещества. Поради тези причини много молекулни вещества са течности или газове при стайна температура и трябва да бъдат охладени значително, преди да могат да кондензират или замръзнат.

Това се обяснява с междумолекулните взаимодействия. За да се премине от твърдо към течно състояние, тоест да се стопи, и от течно към газообразно състояние, тоест да се изпари, е необходимо да се прекъснат силите, които държат заедно частиците, които изграждат дадено вещество. В случая на молекулярни твърди вещества тези междумолекулни сили са силите на Ван дер Ваалс , които са много по-слаби от електростатичните сили , които държат заедно катиони и аниони в йонни съединения или атоми в твърди вещества. Поради тази причина е много по-лесно да се стопи или изпари ковалентно твърдо вещество, отколкото метал или сол.

Те са склонни да бъдат непостоянни

Поради същите причини, обяснени по-горе, молекулярните твърди вещества са склонни да имат относително високо налягане на парите (т.е. те са летливи). Това дава важна характеристика на молекулярните твърди вещества, която нямат нито металите, нито солите, още по-малко твърдите вещества с ковалентна мрежа: някои имат характерни аромати.

Единственият начин, по който можем да помиришем каквото и да е вещество, е ако част от него може да се транспортира през въздуха до носа ни, така че там да стимулира сетивните клетки на обонянието. Само молекулярни твърди вещества, които имат достатъчно високо налягане на парите, могат да произведат достатъчно газообразни молекули, за да ги възприемем.

Имат ниска плътност

Повечето твърди молекулни вещества са съставени от леки елементи като въглерод, водород, азот и кислород. Освен това фактът, че междумолекулните сили на Ван дер Ваалс са слаби, означава, че молекулите са сравнително далеч една от друга. Вследствие на това молекулярните твърди вещества са склонни да имат ниска плътност.

Те са меки и често ковки вещества

Твърдостта е функция на това колко плътно са свързани помежду си частиците, които изграждат дадено вещество, така че молекулярните твърди вещества, тъй като техните молекули са свързани заедно чрез слаби сили, са меки вещества.

От друга страна, някои молекулярни твърди вещества, особено тези, образувани от неполярни молекули като въглеводороди, са ковки вещества, тоест те могат да бъдат деформирани чрез прилагане на сила, без да се счупят. Това се случва благодарение на факта, че дисперсионните сили на Лондон , които са един от компонентите на силите на Ван дер Ваалс, нямат насоченост, което позволява на молекулите да се движат, да се плъзгат една върху друга и да се разпадат. усукване без загуба силата, която ги държи заедно.

В случай на йонни твърди вещества и ковалентни мрежести твърди вещества като диамант и графит, деформирането им изисква разкъсване на връзките между техните частици и веднъж разкъсани, те не могат да се образуват отново, освен ако всички не са на същото място, както преди, със същата ориентация и т.н.

Те могат да бъдат както кристални, така и аморфни твърди вещества.

Някои молекулярни твърди вещества като лед, йод, много органични вещества и твърд въглероден диоксид (сух лед), между другото, образуват кристални твърди вещества със силно подредена структура, която се разпространява във всичките три измерения. Други, като повечето полимери, образуват аморфни твърди вещества, в които молекулите имат произволни ориентации и конформации. Отново това се дължи на ненасочеността на силите на Ван дер Ваалс.

Те обикновено са изолационни материали

В молекулярните твърди вещества валентните електрони често участват в образуването на ковалентните връзки, които държат атомите заедно. Поради тази причина те не могат да провеждат електричество, което прави тези материали електрически изолатори.

Класове молекулярни твърди вещества

В зависимост от вида на молекулите, които ги изграждат, молекулярните твърди вещества могат да бъдат класифицирани като:

• Органични молекулярни твърди вещества . Те включват всички алкани, алкени, алкини, алкохоли и други видове въглеродни производни вещества.
• Неорганични молекулярни твърди вещества . Това включва както молекулните алотропи на различните неметални елементи, като молекулярен кислород (O ₂ ), бял фосфор (S ₄ ), елементарна сяра (S ₈ ), така и други, като тези молекулни съединения, образувани от обединението на два или повече неметала.

Според полярността на техните молекули те могат да бъдат класифицирани като:

• Полярни молекулярни вещества . Примерите включват вода, въглероден оксид, хлороводород, както и полярни органични съединения като алкохоли и карбоксилни киселини. Сред молекулярните твърди вещества те имат най-високи точки на топене и кипене.
• Неполярни молекулни твърди вещества . Те включват всички неполярни молекули като хомоатомни видове (O ₂ , O ₃ , Br ₂ и т.н.). Те представят само лондонските сили на дисперсия, които са най-слабите взаимодействия сред силите на Ван дер Ваалс, така че те са склонни да имат по-ниски точки на топене и кипене от полярните.

Допълнителни примери за молекулярни твърди вещества

В допълнение към примерите, които вече бяха споменати в предишните раздели, други конкретни примери за молекулярни твърди вещества са:

фулерени

Фулерените са клас молекули, съставени единствено от въглеродни атоми и имащи приблизително сферична форма. Това са различни алотропи на въглерода. Най-популярният от всички е Buckminsterfulerene, чиято формула е C ₆₀ и който получава името си в чест на американския архитект Buckminster Fuller, който е известен с проектирането на геодезични куполи, които дават ключ за извеждането на структурата на тези съединения.

Озон

Това е друг молекулярен алотроп на кислорода с формула O ₃ . Когато озонът кондензира и след това замръзне при -192,2°C, той образува молекулярно твърдо вещество.

нафталин

Връщайки се към органичните съединения, нафталинът е твърдо молекулно вещество с формула C ₁₀ H ₈ , което има точка на топене 80,26 °C, така че е твърдо при стайна температура.

благородни газове

Въпреки че всъщност не са молекули, а стабилни едноатомни видове, благородните газове обикновено се включват като част от молекулярни твърди вещества, тъй като те споделят основната си характеристика: единствените взаимодействия между частиците, които изграждат тези вещества, тоест между отделните атоми, са Лондон дисперсионни сили. Това е причината всички те да са газове при стайна температура.

Препратки

Агуадо Б., Р. (nd). Молекулярни твърди вещества. Извлечено от https://riubu.ubu.es/bitstream/handle/10259.3/80/5.1.4%20%281%29%20-%20S%C3%B3lidos%20Moleculares.pdf?sequence=6&isAllowed=y

Браун, Т. (2021). Химия: Централната наука (11-то издание). Лондон, Англия: Pearson Education.

Чанг, Р., Манзо, А. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Химия (10-то издание). Ню Йорк, Ню Йорк: MCGRAW-HILL.

Мот, В. (nd). Молекулярни кристали | Въведение в химията. Изтеглено на 5 юли 2021 г. от https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-crystals/

Свойства на твърдите тела. (nd). Извлечено на 5 юли 2021 г. от https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1046course/solids.html

Молекулярни твърди вещества. (nd). Извлечено на 5 юли 2021 г. от https://www.uv.es/lahuerta/resumenes/Tema7/solidos/moleculares.html