termíny

• dopingintenčně zavádí nečistoty do vzorku látky za účelem změny jejích elektrických vlastností.
• molekulární solidA pevná látka složená z molekul držených pohromadě van der Waalsovými intermolekulárními silami.
• van der Waalsova sílaatraktivní síly mezi molekulami (nebo mezi částmi stejné molekuly). Patří mezi ně interakce mezi parciálními náboji (vodíkové vazby a interakce dipól-dipól) a slabší disperzní síly.
• intermolekulární sílavšechny z atraktivních interakcí, které se vyskytují mezi atomy nebo molekulami ve vzorku látky.

Povahou Mezimolekulárních Sil

Připomeňme si, že molekula je definována jako diskrétní souhrn všech atomů, vázaných spolu dostatečně pevně v režii kovalentní síly, aby mohla zachovat svou individualitu, pokud se látka nerozpustí, roztaví nebo vypaří. Dvě slova kurzívou v předchozí větě jsou důležitá. Kovalentní vazby znamená, že síly působící mezi atomy uvnitř molekuly (intramolekulární) jsou mnohem silnější než ty, které působí mezi molekulami (mezimolekulární), směrová vlastnost kovalentní vazby dává každá molekula výrazný tvar, který ovlivňuje řadu jeho vlastností.

kapaliny a pevné látky složené z molekul jsou drženy pohromadě van der Waalsovými (nebo intermolekulárními) silami a mnoho z jejich vlastností odráží tuto slabou vazbu. Molekulární pevné látky bývají měkké nebo deformovatelné, mají nízké teploty tání a jsou často dostatečně těkavé, aby se odpařily přímo do plynné fáze. Tato druhá vlastnost často dává těmto pevným látkám výrazný zápach. Zatímco charakteristická teplota tání kovů a iontových pevných látek je ~1000 °C, většina molekulárních pevných látek se taví hluboko pod ~300 °C. mnoho odpovídajících látek je tedy při pokojové teplotě buď kapalné (voda) nebo plynné (kyslík).

molekulární pevné látky mají také relativně nízkou hustotu a tvrdost. Zúčastněné prvky jsou lehké a intermolekulární vazby jsou relativně dlouhé, a proto jsou slabé. Vzhledem k neutralitě náboje složek molekul a vzhledem k velké vzdálenosti mezi nimi jsou molekulární pevné látky elektrické izolátory.

Protože rozptyl síly a druhý van der Waalsovy síly se zvyšují s počtem atomů, velké molekuly jsou obecně méně volatilní, a mají vyšší body tání než ty menší. Také, jako jeden se pohybuje dolů sloupec v periodické tabulce, vnější elektrony jsou více volně vázán k jádru, zvýšení polarisability atomu, a tím i jeho sklon k van der Waalsovy-typ interakce. Tento účinek je zvláště patrný ve zvýšení bodů varu postupně těžších prvků vzácného plynu.

Případová Studie: Fosfor

pojem „molekulární pevné“ může odkazovat se na určité chemické složení, ale na konkrétní podobě materiálu. Například pevný fosfor může krystalizovat v různých alotropech nazývaných „bílý“, „červený“ a „černý“ fosfor.

• bílý fosfor tvoří molekulární krystaly složené z čtyřstěnných molekul P4. Molekulárně pevný bílý fosfor má relativně nízkou hustotu 1,82 g / cm3 a teplotu tání 44,1 °C; Jedná se o měkký materiál, který lze řezat nožem.
• Topení na okolní tlak do 250 °C nebo vystavením slunečnímu záření převádí bílý fosfor, červený fosfor, ve kterém P4 čtyřstěnů jsou již izolované, ale jsou spojeny kovalentními vazbami do polymerů-jako řetězy.
• zahřívání bílého fosforu za vysokých (GPa) tlaků jej přeměňuje na černý fosfor, který má vrstvenou grafitovou strukturu.

když se bílý fosfor převede na kovalentní červený fosfor, hustota se zvýší na 2,2-2,4 g / cm3 a teplota tání na 590 °C; když bílý fosfor je transformován do (také kovalentní) černý fosfor, hustota se stává 2.69–3,8 g/cm3 / s tavící teplota ~200 °C.

Oba červený a černý fosfor formy jsou výrazně těžší než bílý fosfor. I když bílý fosfor je izolátor, černý allotrope, který se skládá z vrstvy sahající přes celý krystal, nemá vést elektřinu. Strukturální přechody ve fosforu jsou reverzibilní: na uvolnění vysokého tlaku, černý fosfor se postupně převádí do červené allotrope, a do cesty se červený fosfor na 490 °C v inertní atmosféře a kondenzační páry, kovalentní červený fosfor může být transformována zpět do bílého molekulární pevné látky.

podobně žlutý arsen je molekulární pevná látka složená z jednotek As4; je metastabilní a po zahřátí nebo osvětlení se postupně transformuje na šedý arsen. Některé formy síry a selenu jsou složeny z jednotek S8 nebo Se8 a jsou molekulárními pevnými látkami za okolních podmínek. Mohou se však přeměnit na kovalentní alotropy, které mají atomové řetězce procházející celým krystalem.

druhy Molekulárních Pevných látek

drtivá většina molekulárních pevných látek lze připsat organické sloučeniny obsahující uhlík a vodík, jako jsou uhlovodíky (CnHm). Sférické molekuly sestávající z různého počtu atomů uhlíku, nazývané fullereny, jsou další důležitou třídou. Méně četné, přesto charakteristické molekulární pevné látky jsou halogeny (např. Cl2) a jejich sloučeniny s vodíkem (např. HCl), stejně jako světlo chalkogeny (např, O2) a niktogeny (např., N2).

vodivost molekulárních pevných látek může být indukována“ dopingovými “ fullereny (např. C60). Jeho pevná forma je izolátor, protože všechny valenční elektrony atomů uhlíku jsou zapojeny do kovalentních vazeb v jednotlivých molekulách uhlíku. Nicméně, vložení (intercalating) alkalických kovů atomy mezi molekuly fullerenů poskytuje extra elektrony, které mohou být snadno ionizovaný z kovu atomy a materiál vodivý, a dokonce i supravodivé.