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분자 고형물은 약한 반 데르 발스 힘에 의해 함께 유지되는 공유 결합 분자로 구성된 물질입니다. 분자는 공유 결합에 의해 함께 결합된 하나 이상의 원소의 고정된 원자 그룹에 의해 형성되는 단위이며 기체 상태에서 서로 분리되어 있어도 모양, 정체성 및 화학적 특성을 유지한다는 것을 기억하십시오. 또는 기체 상태 용액에서.
대부분의 유기 화합물은 분자로 구성되어 있지만 많은 무기 분자 고체도 존재합니다. 분자 고체는 이온성 고체, 금속 및 공유 네트워크 고체와 같은 다른 고체와 매우 다른 특성과 특성을 가지고 있습니다. 이러한 특성의 대부분은 반 데르 발스 분자간 상호 작용의 특성으로 설명할 수 있습니다.
공유 결합 고체의 특성
녹는점과 끓는점이 낮습니다.
일반적인 공유 결합 고체의 녹는점은 거의 항상 300°C 미만입니다. 이것은 금속과 이온성 고체의 특징적인 녹는점이 1,000 °C 이상이라는 점을 고려하면 상당히 낮은 수치입니다.
한편, 그들의 끓는점은 다른 종류의 물질보다 훨씬 낮습니다. 이러한 이유로 많은 분자 물질은 상온에서 액체 또는 기체이며 응결 또는 동결되기 전에 상당히 냉각되어야 합니다.
이것은 분자간 상호 작용으로 설명됩니다. 고체에서 액체 상태로, 즉 녹고 액체에서 기체 상태로, 즉 기화하려면 물질을 구성하는 입자를 고정하는 힘을 깨뜨려야 합니다. 분자 고체의 경우 이러한 분자간 힘은 반 데르 발스 힘 이며 이온 화합물의 양이온과 음이온 또는 고체의 원자를 함께 유지하는 정전기력보다 훨씬 약합니다 . 이러한 이유로 금속이나 염보다 공유 결합 고체를 녹이거나 증발시키는 것이 훨씬 쉽습니다.
그들은 휘발성 경향이 있습니다
위에서 설명한 것과 같은 이유로 분자 고체는 비교적 높은 증기압을 갖는 경향이 있습니다(즉, 휘발성임). 이것은 금속이나 염이 가지고 있지 않은 분자 고체에 중요한 특성을 부여합니다. 공유 결합 네트워크 고체는 훨씬 적습니다. 일부는 특징적인 향기가 있습니다.
우리가 어떤 물질의 냄새를 맡을 수 있는 유일한 방법은 그 물질의 일부가 공기를 통해 우리의 코로 전달되어 그곳에서 후각 감각 세포를 자극할 수 있는 경우입니다. 증기압이 충분히 높은 분자 고체만이 우리가 감지할 수 있는 충분한 기체 분자를 생성할 수 있습니다.
밀도가 낮습니다.
대부분의 분자 고체는 탄소, 수소, 질소 및 산소와 같은 가벼운 원소로 구성됩니다. 또한 반데르발스 분자간 힘이 약하다는 것은 분자간 거리가 상대적으로 멀다는 것을 의미한다. 결과적으로 분자 고체는 밀도가 낮은 경향이 있습니다.
그들은 부드럽고 종종 가단성 물질입니다
경도는 물질을 구성하는 입자가 얼마나 단단히 결합되어 있는지에 대한 함수이므로 분자가 약한 힘에 의해 결합되어 있기 때문에 분자 고체는 부드러운 물질입니다.
반면에 일부 분자 고체, 특히 탄화수소와 같은 비극성 분자로 구성된 고체는 가단성 물질입니다. 즉, 깨지지 않고 힘을 가하면 변형될 수 있습니다. 이것은 반 데르 발스 힘의 구성 요소 중 하나인 런던 분산력이 방향성을 가지지 않아 분자가 움직이고, 서로 위로 미끄러지고, 무너질 수 있기 때문에 발생합니다. 그들을 하나로 묶는 힘.
이온성 고체와 다이아몬드, 흑연과 같은 공유 결합 네트워크 고체의 경우 변형하려면 입자 사이의 결합이 끊어져야 하며, 일단 끊어지면 모두 이전과 동일한 위치에 동일한 방향으로 있지 않으면 다시 형성될 수 없습니다. , 등.
이들은 결정질 및 무정형 고체일 수 있습니다.
얼음, 요오드, 많은 유기 물질 및 고체 이산화탄소(드라이아이스)와 같은 일부 분자 고체는 3차원 모두에서 전파되는 고도로 정렬된 구조를 가진 결정질 고체를 형성합니다. 대부분의 폴리머와 같은 다른 것들은 분자가 임의의 배향과 형태를 갖는 무정형 고체를 형성합니다. 다시 말하지만 이것은 반 데르 발스 힘의 무방향성 때문입니다.
그들은 일반적으로 단열재입니다.
분자 고체에서 원자가 전자는 종종 원자를 함께 유지하는 공유 결합의 형성에 관여합니다. 이러한 이유로 전기를 전도할 수 없으므로 이러한 재료를 전기 절연체로 만듭니다.
분자 고체의 부류
구성하는 분자의 유형에 따라 분자 고형물은 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 유기 분자 고체 . 여기에는 모든 알칸, 알켄, 알킨, 알코올 및 기타 유형의 탄소 유래 물질이 포함됩니다.
- 무기 분자 고체 . 여기에는 분자 산소(O 2 ), 백린(S 4 ), 원소 황(S 8 )과 같은 다른 비금속 원소의 분자 동소체와 둘 이상의 비금속.
분자의 극성에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.
- 극성 분자 고체 . 예를 들면 물, 일산화탄소, 염화수소뿐만 아니라 알코올 및 카르복실산과 같은 극성 유기 화합물이 있습니다. 분자 고체 중에서 녹는점과 끓는점이 가장 높습니다.
- 비극성 분자 고체 . 여기에는 동종 원자 종(O 2 , O 3 , Br 2 등)과 같은 모든 비극성 분자가 포함됩니다 . 이것들은 반 데르 발스 힘 중 가장 약한 상호 작용인 런던 분산력만을 나타내므로 극성보다 녹는점과 끓는점이 낮은 경향이 있습니다.
분자 고체의 추가 예
이전 섹션에서 이미 언급한 예 외에도 분자 고형물의 다른 특정 예는 다음과 같습니다.
풀러렌
풀러렌은 탄소 원자로만 구성되고 대략 구형인 분자 클래스입니다. 이들은 탄소의 다른 동소체입니다. 가장 인기 있는 것은 공식이 C 60 인 Buckminsterfulerene 이며 이러한 화합물의 구조 추론에 대한 단서를 제공한 측지선 돔 설계로 알려진 미국 건축가 Buckminster Fuller를 기리기 위해 이름을 받았습니다.
오존
이것은 화학식 O 3 을 갖는 산소의 또 다른 분자 동소체입니다 . 오존이 응결한 다음 -192.2°C에서 얼면 분자 고체를 형성합니다.
나프탈렌
유기 화합물로 돌아가서, 나프탈렌 은 녹는점이 80.26 °C인 화학식 C 10 H 8을 갖는 분자 고체이므로 실온에서 고체입니다.
희가스
실제로는 분자가 아니라 안정한 단원자 종임에도 불구하고, 비활성 가스는 이러한 물질을 구성하는 입자 사이, 즉 개별 원자 사이의 유일한 상호 작용이라는 주요 특성을 공유하기 때문에 일반적으로 분자 고체의 일부로 포함됩니다. 분산력. 이것이 상온에서 모두 기체인 이유입니다.
참조
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