Tabla de Contenidos
Chất rắn phân tử là những chất bao gồm các phân tử cộng hóa trị được giữ với nhau bằng lực van der Waals yếu. Chúng ta hãy nhớ rằng một phân tử là một đơn vị được hình thành bởi một nhóm nguyên tử cố định của một hoặc nhiều nguyên tố liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị và duy trì hình dạng, đặc điểm nhận dạng và tính chất hóa học của chúng ngay cả khi chúng bị cô lập với nhau trong thể khí. hoặc trạng thái khí.trong dung dịch.
Phần lớn các hợp chất hữu cơ được tạo thành từ các phân tử, nhưng nhiều chất rắn phân tử vô cơ cũng tồn tại. Chất rắn phân tử có các tính chất và đặc điểm khiến chúng rất khác với các chất rắn khác như chất rắn ion, kim loại và chất rắn mạng cộng hóa trị. Hầu hết các tính chất này có thể được giải thích theo các đặc tính của tương tác giữa các phân tử van der Waals.
Tính chất của chất rắn cộng hóa trị
Chúng có nhiệt độ nóng chảy và sôi thấp
Các chất rắn cộng hóa trị điển hình có điểm nóng chảy hầu như luôn nhỏ hơn 300°C. Giá trị này khá thấp, vì điểm nóng chảy đặc trưng của kim loại và chất rắn ion là trên 1.000 °C.
Mặt khác, nhiệt độ sôi của chúng cũng thấp hơn nhiều so với các loại chất khác. Vì những lý do này, nhiều chất phân tử là chất lỏng hoặc khí ở nhiệt độ phòng và phải được làm lạnh đáng kể trước khi chúng có thể ngưng tụ hoặc đóng băng.
Điều này được giải thích là do tương tác giữa các phân tử. Để chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng, tức là nóng chảy và từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, nghĩa là hóa hơi, cần phải phá vỡ các lực giữ các hạt tạo nên một chất với nhau. Trong trường hợp chất rắn phân tử, các lực liên phân tử này là lực van der Waals , yếu hơn nhiều so với lực tĩnh điện giữ các cation và anion trong các hợp chất ion hoặc các nguyên tử trong chất rắn với nhau bằng kim loại. Vì lý do này, việc làm tan chảy hoặc làm bay hơi một chất rắn cộng hóa trị dễ dàng hơn nhiều so với kim loại hoặc muối.
Chúng có xu hướng dễ bay hơi
Vì những lý do tương tự đã giải thích ở trên, chất rắn phân tử có xu hướng có áp suất hơi tương đối cao (nghĩa là chúng dễ bay hơi). Điều này mang lại một đặc tính quan trọng cho chất rắn phân tử mà cả kim loại và muối đều không có, chất rắn mạng cộng hóa trị kém hơn nhiều: một số có mùi thơm đặc trưng.
Cách duy nhất để chúng ta có thể ngửi thấy bất kỳ chất nào là nếu một phần của nó có thể được vận chuyển trong không khí đến mũi của chúng ta để kích thích các tế bào khứu giác ở đó. Chỉ những chất rắn phân tử có áp suất hơi đủ cao mới có thể tạo ra đủ phân tử khí để chúng ta cảm nhận được chúng.
Chúng có mật độ thấp
Hầu hết các chất rắn phân tử được tạo thành từ các nguyên tố nhẹ như carbon, hydro, nitơ và oxy. Hơn nữa, thực tế là lực liên phân tử van der Waals yếu có nghĩa là các phân tử ở tương đối xa nhau. Kết quả là, chất rắn phân tử có xu hướng có mật độ thấp.
Chúng là những chất mềm và thường dễ uốn
Độ cứng là một chức năng của các hạt tạo nên một chất liên kết với nhau chặt chẽ như thế nào, vì vậy các chất rắn phân tử, do các phân tử của chúng liên kết với nhau bằng lực yếu, là các chất mềm.
Mặt khác, một số chất rắn phân tử, đặc biệt là những chất được hình thành bởi các phân tử không phân cực như hydrocacbon, là những chất dễ uốn, nghĩa là chúng có thể bị biến dạng bằng cách tác dụng một lực mà không bị vỡ. Điều này xảy ra là do lực phân tán London , là một trong những thành phần của lực van der Waals, không có hướng, cho phép các phân tử di chuyển, trượt lên nhau và xoắn lại mà không bị mất lực giữ chúng lại với nhau.
Trong trường hợp chất rắn ion và chất rắn mạng cộng hóa trị như kim cương và than chì, việc biến dạng chúng đòi hỏi phải phá vỡ liên kết giữa các hạt của chúng và sau khi bị phá vỡ, chúng không thể được hình thành lại trừ khi tất cả chúng đều ở cùng một vị trí như trước với cùng hướng , vân vân.
Chúng có thể là cả chất rắn kết tinh và vô định hình.
Một số chất rắn phân tử như nước đá, iốt, nhiều chất hữu cơ và carbon dioxide rắn (đá khô), trong số những chất khác, tạo thành chất rắn kết tinh với cấu trúc có trật tự cao lan truyền theo cả ba chiều. Những loại khác, chẳng hạn như hầu hết các polyme, tạo thành chất rắn vô định hình trong đó các phân tử có hướng và hình dạng ngẫu nhiên. Một lần nữa, điều này là do tính không định hướng của lực van der Waals.
Chúng thường là vật liệu cách điện
Trong chất rắn phân tử, các electron hóa trị thường tham gia vào việc hình thành các liên kết cộng hóa trị giữ các nguyên tử lại với nhau. Vì lý do này, chúng không có sẵn để dẫn điện, làm cho các vật liệu này trở thành chất cách điện.
Các loại chất rắn phân tử
Tùy thuộc vào loại phân tử tạo nên chúng, chất rắn phân tử có thể được phân loại thành:
- Chất rắn phân tử hữu cơ . Chúng bao gồm tất cả các ankan, anken, alkynes, rượu và các loại chất có nguồn gốc carbon khác.
- Chất rắn phân tử vô cơ . Điều này bao gồm cả các đồng vị phân tử của các nguyên tố phi kim loại khác nhau, chẳng hạn như oxy phân tử (O 2 ), phốt pho trắng (S 4 ), lưu huỳnh nguyên tố (S 8 ) và các nguyên tố khác, chẳng hạn như những hợp chất phân tử được hình thành bởi sự kết hợp của hai hay nhiều phi kim.
Theo tính phân cực của các phân tử của chúng, chúng có thể được phân loại là:
- Chất rắn phân tử cực . Ví dụ bao gồm nước, carbon monoxide, hydro clorua, cũng như các hợp chất hữu cơ phân cực như rượu và axit cacboxylic. Trong số các chất rắn phân tử, chúng có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao nhất.
- Chất rắn phân tử không phân cực . Chúng bao gồm tất cả các phân tử không phân cực như các loại đồng nguyên tử (O 2 , O 3 , Br 2 , v.v.). Những lực phân tán London hiện tại duy nhất này, là lực tương tác yếu nhất trong số các lực van der Waals, vì vậy chúng có xu hướng có điểm nóng chảy và sôi thấp hơn so với các cực.
Ví dụ bổ sung về chất rắn phân tử
Ngoài các ví dụ đã được đề cập trong các phần trước, các ví dụ cụ thể khác về chất rắn phân tử là:
fullerene
Fullerene là một loại phân tử chỉ được tạo thành từ các nguyên tử carbon và có dạng gần như hình cầu. Đây là những đồng vị khác nhau của carbon. Loại phổ biến nhất là Buckminsterfulerene có công thức là C 60 và được đặt tên để vinh danh kiến trúc sư người Mỹ Buckminster Fuller, người được biết đến với việc thiết kế các mái vòm trắc địa đã đưa ra manh mối cho việc suy luận cấu trúc của các hợp chất này.
Khí quyển
Nó là một dạng thù hình phân tử khác của oxy với công thức O 3 . Khi ozone ngưng tụ và sau đó đóng băng ở -192,2°C, nó tạo thành chất rắn phân tử.
naphtalen
Quay trở lại với hợp chất hữu cơ, naphtalen là chất rắn phân tử có công thức C 10 H 8 có nhiệt độ nóng chảy là 80,26 °C nên ở thể rắn ở nhiệt độ phòng.
khí trơ
Mặc dù không thực sự là các phân tử mà là các loại đơn nguyên tử ổn định, khí hiếm thường được bao gồm như một phần của chất rắn phân tử vì chúng có chung đặc điểm chính: tương tác duy nhất giữa các hạt tạo thành các chất này, nghĩa là giữa các nguyên tử riêng lẻ, là sự phân tán London. lực lượng. Đây là lý do tại sao chúng đều là khí ở nhiệt độ phòng.
Người giới thiệu
Aguado B., R. (nd). Chất rắn phân tử. Lấy từ 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
Nâu, T. (2021). Hóa học: Khoa học Trung tâm (tái bản lần thứ 11). Luân Đôn, Anh: Giáo dục Pearson.
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học (tái bản lần thứ 10). Thành phố New York, NY: MCGRAW-HILL.
Mott, V. (nd). Tinh Thể Phân Tử | Nhập môn Hóa học. Truy cập ngày 5 tháng 7 năm 2021, từ https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-crystals/
Tính chất của chất rắn. (nd). Truy cập ngày 5 tháng 7 năm 2021, từ https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1046course/solids.html
Chất rắn phân tử. (nd). Truy cập ngày 5 tháng 7 năm 2021, từ https://www.uv.es/lahuerta/resumenes/Tema7/solidos/moleculares.html
