Tabla de Contenidos
Molekyylikiintoaineet ovat aineita, jotka koostuvat kovalenttisista molekyyleistä, joita heikot van der Waalsin voimat pitävät yhdessä. Muistakaamme, että molekyyli on yksikkö, jonka muodostaa kiinteä ryhmä atomiryhmiä yhdestä tai useammasta alkuaineesta, jotka ovat liittyneet toisiinsa kovalenttisilla sidoksilla ja jotka säilyttävät muotonsa, identiteettinsä ja kemialliset ominaisuutensa myös silloin, kun ne on eristetty toisistaan kaasumaisessa tilassa. tai kaasumaisessa tilassa liuoksessa.
Suurin osa orgaanisista yhdisteistä koostuu molekyyleistä, mutta myös monia epäorgaanisia molekyylikiintoaineita on olemassa. Molekyylikiintoaineilla on ominaisuuksia ja ominaisuuksia, jotka tekevät niistä hyvin erilaisia muista kiinteistä aineista, kuten ionisista kiinteistä aineista, metalleista ja kovalenttisista verkkokiinteistä aineista. Suurin osa näistä ominaisuuksista voidaan selittää van der Waalsin molekyylien välisten vuorovaikutusten ominaisuuksilla.
Kovalenttisten kiinteiden aineiden ominaisuudet
Niillä on alhaiset sulamis- ja kiehumispisteet
Tyypillisten kovalenttisten kiintoaineiden sulamispisteet ovat lähes aina alle 300 °C. Tämä on melko alhainen, kun otetaan huomioon, että metallien ja ionisten kiintoaineiden tyypilliset sulamispisteet ovat yli 1000 °C.
Toisaalta niiden kiehumispisteet ovat myös paljon alhaisemmat kuin muiden aineluokkien kiehumispisteet. Näistä syistä monet molekyyliset aineet ovat huoneenlämmössä nesteitä tai kaasuja, ja niitä on jäähdytettävä huomattavasti ennen kuin ne voivat kondensoitua tai jäätyä.
Tämä selittyy molekyylien välisillä vuorovaikutuksilla. Siirtyäksesi kiinteästä olomuodosta nestemäiseen tilaan, eli sulamaan ja nesteestä kaasumaiseen tilaan, eli höyrystymään, on tarpeen rikkoa voimat, jotka pitävät aineen muodostavia hiukkasia yhdessä. Molekyylien kiinteiden aineiden tapauksessa nämä molekyylien väliset voimat ovat van der Waalsin voimia , jotka ovat paljon heikompia kuin sähköstaattiset voimat , jotka pitävät kationeja ja anioneja ionisissa yhdisteissä tai kiinteiden aineiden atomeja yhdessä. Tästä syystä kovalenttinen kiinteä aine on paljon helpompi sulattaa tai haihduttaa kuin metalli tai suola.
Ne ovat yleensä epävakaita
Samoista edellä selitetyistä syistä molekyylikiintoaineilla on yleensä suhteellisen korkea höyrynpaine (eli ne ovat haihtuvia). Tämä antaa molekyylikiintoaineille tärkeän ominaisuuden, jota ei ole metalleilla eikä suoloilla, ja vielä vähemmän kovalenttisilla verkkokiintoaineilla: joillakin on tyypillisiä aromeja.
Ainoa tapa, jolla voimme haistaa mitä tahansa ainetta, on, jos osa siitä voidaan kuljettaa ilman kautta nenään, jolloin se stimuloi hajuaistisoluja. Vain molekyyliset kiinteät aineet, joilla on riittävän korkea höyrynpaine, voivat tuottaa tarpeeksi kaasumaisia molekyylejä, jotta voimme havaita ne.
Niillä on alhainen tiheys
Useimmat molekyyliset kiinteät aineet koostuvat kevyistä alkuaineista, kuten hiilestä, vedystä, typestä ja hapesta. Lisäksi se, että van der Waalsin molekyylien väliset voimat ovat heikkoja, tarkoittaa, että molekyylit ovat suhteellisen kaukana toisistaan. Tämän seurauksena molekyylikiintoaineilla on taipumus olla alhaiset tiheydet.
Ne ovat pehmeitä ja usein muokattuja aineita
Kovuus on funktio siitä, kuinka tiukasti aineen muodostavat hiukkaset ovat sitoutuneet toisiinsa, joten molekyyliset kiinteät aineet ovat pehmeitä aineita, koska niiden molekyylejä sitovat yhteen heikot voimat.
Toisaalta jotkin molekyyliset kiinteät aineet, erityisesti ne, jotka muodostuvat poolittomista molekyyleistä, kuten hiilivedyistä, ovat muokattavia aineita, eli ne voivat muuttaa muotoaan kohdistamalla voimaa rikkoutumatta. Tämä johtuu siitä, että Lontoon dispersiovoimilla , jotka ovat yksi van der Waalsin voimien komponenteista, ei ole suuntaavuutta, mikä mahdollistaa molekyylien liikkumisen, liukumisen päällekkäin ja hajoamisen. voima, joka pitää ne yhdessä.
Ionisten kiinteiden aineiden ja kovalenttisten verkkokiinteiden aineiden, kuten timantin ja grafiitin, muodonmuutos vaatii niiden hiukkasten välisten sidosten katkaisemista, ja kun ne ovat katkenneet, niitä ei voida muodostaa uudelleen, elleivät ne kaikki ole samassa paikassa kuin ennen ja samalla suunnalla. , jne.
Ne voivat olla sekä kiteisiä että amorfisia kiinteitä aineita.
Jotkut molekyyliset kiinteät aineet, kuten jää, jodi, monet orgaaniset aineet ja kiinteä hiilidioksidi (kuivajää), muodostavat muun muassa kiteisiä kiinteitä aineita, joilla on erittäin järjestynyt rakenne ja jotka etenevät kaikissa kolmessa ulottuvuudessa. Toiset, kuten useimmat polymeerit, muodostavat amorfisia kiinteitä aineita, joissa molekyyleillä on satunnainen orientaatio ja konformaatio. Tämä taas johtuu van der Waalsin joukkojen suuntautumattomuudesta.
Ne ovat yleensä eristäviä materiaaleja
Molekyylisissä kiinteissä aineissa valenssielektronit ovat usein mukana kovalenttisten sidosten muodostumisessa, jotka pitävät atomit yhdessä. Tästä syystä ne eivät ole saatavilla johtamaan sähköä, joten nämä materiaalit ovat sähköeristeitä.
Molekyylikiintoaineiden luokat
Ne muodostavien molekyylien tyypistä riippuen molekyyliset kiinteät aineet voidaan luokitella seuraavasti:
- Orgaaniset molekyyliset kiinteät aineet . Näitä ovat kaikki alkaanit, alkeenit, alkyynit, alkoholit ja muun tyyppiset hiiliperäiset aineet.
- Epäorgaaniset molekyyliset kiinteät aineet . Tämä sisältää sekä erilaisten ei-metallisten alkuaineiden molekyyliset allotroopit, kuten molekyylihappi (O 2 ), valkoinen fosfori (S 4 ), alkuainerikki (S 8 ), ja muut, kuten ne molekyyliyhdisteet, jotka muodostuvat kaksi tai useampia epämetallia.
Molekyylien napaisuuden mukaan ne voidaan luokitella seuraavasti:
- Polaariset molekyyliset kiinteät aineet . Esimerkkejä ovat vesi, hiilimonoksidi, vetykloridi sekä polaariset orgaaniset yhdisteet, kuten alkoholit ja karboksyylihapot. Molekyylikiintoaineista näillä on korkeimmat sulamis- ja kiehumispisteet.
- Ei-polaariset molekyyliset kiinteät aineet . Näitä ovat kaikki ei-polaariset molekyylit, kuten homoatomiset lajit (02 , 03 , Br2 jne .). Näissä on vain Lontoon dispersiovoimia, jotka ovat van der Waalsin voimien heikoimpia vuorovaikutuksia, joten niillä on yleensä alhaisemmat sulamis- ja kiehumispisteet kuin polaarisilla voimilla.
Muita esimerkkejä molekyylisistä kiinteistä aineista
Edellisissä osissa jo mainittujen esimerkkien lisäksi muita erityisiä esimerkkejä molekyylikiintoaineista ovat:
fullereenit
Fullereenit ovat luokka molekyylejä, jotka koostuvat yksinomaan hiiliatomeista ja joilla on karkeasti pallomainen muoto. Nämä ovat erilaisia hiilen allotrooppeja. Kaikista suosituin on Buckminsterfulerene, jonka kaava on C 60 ja joka on saanut nimensä amerikkalaisen arkkitehdin Buckminster Fullerin kunniaksi, joka tunnettiin geodeettisten kupolien suunnittelusta, joka antoi vihjeen näiden yhdisteiden rakenteen päättelyyn.
Otsoni
Se on toinen hapen molekyyliallotrooppi, jonka kaava on O 3 . Kun otsoni tiivistyy ja jäätyy -192,2 °C:ssa, se muodostaa molekyylisen kiinteän aineen.
naftaleeni
Palaten orgaanisiin yhdisteisiin, naftaleeni on molekyylinen kiinteä aine, jonka kaava on C 10 H 8 ja jonka sulamispiste on 80,26 °C, joten se on kiinteää huoneenlämpötilassa.
jalokaasut
Huolimatta siitä, että jalokaasut eivät oikeastaan ole molekyylejä vaan pysyviä monoatomisia lajeja, ne sisältyvät yleensä molekyylikiintoaineisiin, koska niillä on yhteinen pääominaisuus: ainoat vuorovaikutukset näiden aineiden muodostavien hiukkasten välillä, toisin sanoen yksittäisten atomien välillä, ovat Lontoossa. hajontavoimia. Tästä syystä ne ovat kaikki kaasuja huoneenlämmössä.
Viitteet
Aguado B., R. (nd). Molekyyliset kiinteät aineet. Haettu osoitteesta 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
Brown, T. (2021). Chemistry: The Central Science (11. painos). Lontoo, Englanti: Pearson Education.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS ja Herranz, ZR (2020). Kemia (10. painos). New York City, NY: MCGRAW-HILL.
Mott, V. (nd). Molekyylikiteet | Johdatus kemiaan. Haettu 5. heinäkuuta 2021 osoitteesta https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-crystals/
Kiinteiden aineiden ominaisuudet. (nd). Haettu 5. heinäkuuta 2021 osoitteesta https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1046course/solids.html
Molekyyliset kiinteät aineet. (nd). Haettu 5. heinäkuuta 2021 osoitteesta https://www.uv.es/lahuerta/resumenes/Tema7/solidos/moleculares.html
