Mi az a molekuláris szilárd anyag?

A molekuláris szilárd anyagok azok az anyagok, amelyek kovalens molekulákból állnak, amelyeket gyenge van der Waals erők tartanak össze. Emlékezzünk arra, hogy a molekula egy vagy több elemből álló, kovalens kötésekkel összekapcsolt atomok rögzített csoportjából alkotott egység, amely akkor is megőrzi alakját, azonosságát és kémiai tulajdonságait, ha egymástól gázhalmazállapotban elkülönül. vagy gáz halmazállapotú.oldatban.

A szerves vegyületek túlnyomó többsége molekulákból áll, de sok szervetlen molekuláris szilárd anyag is létezik. A molekuláris szilárd anyagok olyan tulajdonságokkal és jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek nagyon különböznek más szilárd anyagoktól, például ionos szilárd anyagoktól, fémektől és kovalens szilárd anyagoktól. Ezen tulajdonságok többsége a van der Waals intermolekuláris kölcsönhatások jellemzőivel magyarázható.

A kovalens szilárd anyagok tulajdonságai

Alacsony olvadáspontjuk és forráspontjuk van

A tipikus kovalens szilárd anyagok olvadáspontja szinte mindig 300 °C alatt van. Ez meglehetősen alacsony, tekintve, hogy a fémek és az ionos szilárd anyagok jellemző olvadáspontja 1000 °C felett van.

Másrészt forráspontjuk is sokkal alacsonyabb, mint a többi anyagosztályé. Ezen okok miatt sok molekuláris anyag szobahőmérsékleten folyadék vagy gáz, és alaposan le kell hűteni, mielőtt lecsapódhat vagy megfagyhatna.

Ezt az intermolekuláris kölcsönhatások magyarázzák. A szilárd halmazállapotból a folyékony halmazállapotba, vagyis az olvadásba, a folyékonyból a gáz halmazállapotba, vagyis a párologtatásba való átmenethez meg kell törni azokat az erőket, amelyek az anyagot alkotó részecskéket összetartják. Molekuláris szilárd anyagok esetében ezek az intermolekuláris erők a van der Waals erők , amelyek sokkal gyengébbek, mint azok az elektrosztatikus erők , amelyek az ionos vegyületek kationjait és anionjait, vagy szilárd anyagok atomjait együtt tartják. Emiatt a kovalens szilárd anyagot sokkal könnyebb megolvasztani vagy elpárologtatni, mint egy fémet vagy egy sót.

Hajlamosak volatilisak lenni

A fent kifejtett okokból kifolyólag a molekuláris szilárd anyagok viszonylag magas gőznyomásúak (vagyis illékonyak). Ez olyan fontos tulajdonságot ad a molekuláris szilárd anyagoknak, amelyekkel sem a fémek, sem a sók nem rendelkeznek, még kevésbé a kovalens hálózatos szilárd anyagok: némelyik jellegzetes aromájú.

Bármilyen anyag szagát csak úgy tudjuk megérezni, ha egy része a levegőn keresztül eljut az orrunkba, hogy ott stimulálja a szaglás érzékszerveit. Csak a kellően magas gőznyomású molekuláris szilárd anyagok képesek elegendő gázhalmazállapotú molekulát előállítani ahhoz, hogy érzékeljük őket.

Alacsony sűrűségűek

A legtöbb molekuláris szilárd anyag könnyű elemekből, például szénből, hidrogénből, nitrogénből és oxigénből áll. Továbbá az a tény, hogy a van der Waals intermolekuláris erők gyengék, azt jelenti, hogy a molekulák viszonylag távol vannak egymástól. Ennek következtében a molekuláris szilárd anyagok általában alacsony sűrűségűek.

Ezek lágy és gyakran alakítható anyagok

A keménység annak függvénye, hogy az anyagot alkotó részecskék milyen szorosan kapcsolódnak egymáshoz, így a molekuláris szilárd anyagok, mivel molekuláikat gyenge erők kötik össze, lágy anyagok.

Másrészt egyes molekuláris szilárd anyagok, különösen a nem poláris molekulák, például szénhidrogének, képlékeny anyagok, azaz törés nélkül deformálhatók erő kifejtésével. Ez annak köszönhető, hogy a londoni diszperziós erőknek , amelyek a van der Waals-erők egyik összetevője, nincs irányítottsága, ami lehetővé teszi a molekulák mozgását, egymásra csúszását és szétesését. az erő, amely összetartja őket.

Az ionos szilárd anyagok és a kovalens hálózatos szilárd anyagok, például a gyémánt és a grafit esetében a deformációhoz meg kell szakítani a részecskéik közötti kötéseket, és ha egyszer megszakadnak, akkor nem képezhetők újra, hacsak nem ugyanazon a helyen vannak, mint korábban, és ugyanolyan orientációval stb.

Lehetnek kristályos és amorf szilárd anyagok is.

Egyes molekuláris szilárd anyagok, mint például a jég, a jód, számos szerves anyag és a szilárd szén-dioxid (szárazjég), kristályos szilárd anyagokat képeznek, amelyek rendkívül rendezett szerkezetűek, és mindhárom dimenzióban terjednek. Mások, például a legtöbb polimer, amorf szilárd anyagokat képeznek, amelyekben a molekulák véletlenszerű orientációval és konformációval rendelkeznek. Ez ismét a van der Waals erők nem irányítottságának köszönhető.

Általában szigetelő anyagok

A molekuláris szilárd anyagokban a vegyértékelektronok gyakran részt vesznek az atomokat összetartó kovalens kötések kialakításában. Emiatt nem állnak rendelkezésre elektromos áram vezetésére, így ezek az anyagok elektromos szigetelőkké válnak.

A molekuláris szilárd anyagok osztályai

Az őket alkotó molekulák típusától függően a molekuláris szilárd anyagok a következőkre oszthatók:

• Szerves molekuláris szilárd anyagok . Ide tartozik az összes alkán, alkén, alkin, alkohol és más típusú szén-származék.
• Szervetlen molekuláris szilárd anyagok . Ez magában foglalja mind a különböző nemfémes elemek molekuláris allotrópjait, mint például a molekuláris oxigén (O ₂ ), a fehér foszfor (S ₄ ), az elemi kén (S ₈ ), és másokat is, például azokat a molekuláris vegyületeket, amelyek az egyesülés során keletkeznek. két vagy több nemfém.

Molekuláik polaritása szerint a következőkre oszthatók:

• Poláris molekuláris szilárd anyagok . Ilyenek például a víz, szén-monoxid, hidrogén-klorid, valamint poláris szerves vegyületek, például alkoholok és karbonsavak. A molekuláris szilárd anyagok közül ezek rendelkeznek a legmagasabb olvadásponttal és forrásponttal.
• Nem poláris molekuláris szilárd anyagok . Ezek közé tartozik az összes nem poláris molekula, például a homoatomikus fajok (O ₂ , O ₃ , Br ₂ stb.). Ezek csak a londoni diszperziós erőket mutatják be, amelyek a leggyengébb kölcsönhatások a van der Waals-erők között, ezért általában alacsonyabb olvadáspontú és forráspontjuk van, mint a polárisaké.

További példák molekuláris szilárd anyagokra

Az előző szakaszokban már említett példákon kívül további konkrét példák a molekuláris szilárd anyagokra:

fullerének

A fullerének olyan molekulák egy osztálya, amelyek kizárólag szénatomokból állnak, és nagyjából gömb alakúak. Ezek a szén különböző allotrópjai. A legnépszerűbb a Buckminsterfulerene, amelynek képlete C ₆₀ , és amely nevét Buckminster Fuller amerikai építész tiszteletére kapta, aki arról volt ismert, hogy olyan geodéziai kupolákat tervezett, amelyek támpontot adtak e vegyületek szerkezetének levonásához.

Ózon

Ez az oxigén másik molekuláris allotrópja, amelynek képlete O ₃ . Amikor az ózon lecsapódik, majd -192,2 °C-on megfagy, molekuláris szilárd anyagot képez.

naftalin

Visszatérve a szerves vegyületekre, a naftalin C ₁₀ H ₈ képletű molekuláris szilárd anyag , amelynek olvadáspontja 80,26 °C, tehát szobahőmérsékleten szilárd.

nemesgázok

Annak ellenére, hogy valójában nem molekulák, hanem stabil egyatomos fajok, a nemesgázok rendszerint a molekuláris szilárd anyagok részeként szerepelnek, mivel közös jellemzőjük: az anyagokat alkotó részecskék, azaz az egyes atomok közötti kölcsönhatások csak Londonban zajlanak. diszperziós erők. Ez az oka annak, hogy szobahőmérsékleten mindegyik gáz.

Hivatkozások

Aguado B., R. (nd). Molekuláris szilárd anyagok. Letöltve: 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). Kémia: A központi tudomány (11. kiadás). London, Anglia: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS és Herranz, ZR (2020). Kémia (10. kiadás). New York City, NY: MCGRAW-HILL.

Mott, V. (nd). Molekuláris kristályok | Bevezetés a kémiába. Letöltve 2021. július 5-én, innen: https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-crystals/

A szilárd anyagok tulajdonságai. (nd). Letöltve 2021. július 5-én, innen: https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1046course/solids.html

Molekuláris szilárd anyagok. (nd). Letöltve 2021. július 5-én, innen: https://www.uv.es/lahuerta/resumenes/Tema7/solidos/moleculares.html