学習目的
- 分子結晶の特性を議論します。
キーポイント
- 分子固体は、ファンデルワールス力によって一緒に保持された分子で構成されています。 その特性は、これらの分子間力の弱い性質によって決定される。 分子固体は柔らかく、しばしば揮発性であり、溶融温度が低く、電気絶縁体である。
- 分子固体のクラスには、炭素と水素、フラーレン、ハロゲン（F、Clなど）からなる有機化合物が含まれます。
- 分子固体のクラスには、炭素と水素、フラーレン、）、カルコゲン（O、S、等。）、およびpnictogen（N、Pなど。).
- 大きな分子は、原子の数が多いほど分散力が増加するため、揮発性が低く、融点が高くなります。 核への外側の電子の結合の減少はまた、その増加した分極性のために原子のファンデルワールス型相互作用を増加させる。
用語
- ドーピングその電気的特性を変化させるために、物質のサンプルに不純物を意図的に導入する。
- 分子ソリダファンデルワールス分子間力によって一緒に保持された分子で構成される固体。
- ファンデルワールス力分子間（または同じ分子の部分間）の魅力的な力。 これらには、部分電荷間の相互作用（水素結合と双極子-双極子相互作用）、およびより弱いロンドン分散力が含まれる。
- 分子間力物質のサンプル中の原子または分子の間に起こる魅力的な相互作用のいずれか。
分子間力の性質
分子は、物質が溶解、溶融、または気化したときにその個性を保持することを可能にするために、有向共有結合力によっ 前の文で斜体化された二つの単語は重要です。 共有結合は、分子内（分子内）内の原子間に作用する力が分子間（分子間）に作用する力よりもはるかに強いことを意味し、共有結合の方向性は、各分子にその特性の数に影響を与える特徴的な形状を与える。
分子からなる液体と固体は、ファンデルワールス（または分子間）力によって一緒に保持され、それらの特性の多くは、この弱い結合を反映しています。
分子固体は、軟質または変形可能であり、融点が低く、しばしば十分に揮発性であり、気相中に直接蒸発する傾向がある。 この後者の特性は、しばしばそのような固体に独特の臭いを与える。 金属およびイオン性固体の特徴的な融点は〜1000°Cであるのに対し、ほとんどの分子固体は〜300°Cよりもよく溶けます。したがって、多くの対応する物質は室温で液体（水）または気体（酸素）のいずれかです。
分子固体も比較的低い密度と硬度を持っています。
関与する元素は軽く、分子間結合は比較的長く、したがって弱い。 構成分子の電荷中立性のために、そしてそれらの間の長い距離のために、分子固体は電気絶縁体である。
分散力と他のファンデルワールス力は原子の数とともに増加するため、大きな分子は一般的に揮発性が低く、小さな分子よりも融点が高い。 また、周期表の列を下に移動すると、外側の電子はより緩く核に結合し、原子の分極性を高め、したがってファンデルワールス型相互作用への傾向を増加させる。 この効果は，連続的に重い希ガス元素の沸点の増加において特に明らかである。
ケーススタディ：リン
用語”分子固体”は、特定の化学組成ではなく、材料の特定の形態を指す場合があります。 例えば、固体リンは、「白」、「赤」および「黒」リンと呼ばれる異なる同素体で結晶化することができる。
- 白リンは四面体P4分子からなる分子結晶を形成する。 分子固体、白リンに1.82g/cm3の比較的低密度および44.1°cの融点があります;ナイフによって切ることができるのは柔らかい材料です。
- 周囲圧力を250℃に加熱するか、日光に曝すと、白リンが赤リンに変換され、P4四面体は単離されなくなりますが、共有結合によってポリマー様鎖に接
- 高（GPa）圧力下で白リンを加熱すると、層状のグラファイト状の構造を有する黒リンに変換される。
白リンを共有結合の赤リンに変換すると、密度は2.2–2.4g/cm3に増加し、融点は590℃になります。
赤リンと黒リンの両方の形態は、白リンよりも有意に硬い。 白リンは絶縁体ですが、結晶全体に広がる層からなる黒色同素体は電気を伝導します。 リンの構造遷移は可逆的である: 高圧を解放すると、黒リンは徐々に赤色同素体に変換され、不活性雰囲気中で490℃で赤リンを気化させ、蒸気を凝縮させることにより、共有結合の赤リンを白色分子固体に戻すことができる。同様に、黄色ヒ素はAs4単位で構成される分子固体であり、準安定であり、加熱または照明すると徐々に灰色のヒ素に変換する。
同様に、黄色ヒ素はAs4単位で構成される分子固体である。 特定の形態の硫黄およびセレンは、それぞれS8またはSe8単位で構成され、周囲条件では分子固体である。 しかし、それらは結晶を通ってすべて伸びる原子鎖を有する共有結合同素体に変換することができる。
分子固体のクラス
分子固体の大部分は、炭化水素（CnHm）などの炭素と水素を含む有機化合物に起因する可能性があります。
分子固体のクラス
分子固体の大部分は、炭化水素（CnHm）などの炭素と水素を含む有機 フラーレンと呼ばれる異なる数の炭素原子からなる球状分子は、別の重要なクラスである。 あまり多くないが特徴的な分子固体は、ハロゲン（例えば、Cl2）およびそれらの水素との化合物（例えば、HCl）、ならびに軽カルコゲン（例えば、O2）およびpnictogen（例えば、N2）
分子固体の導電性は、フラーレン（例えば、C60）を”ドーピング”することによって誘導することができる。 炭素原子のすべての価電子が個々の炭素分子内の共有結合に関与しているため、その固体形態は絶縁体である。 しかし、フラーレン分子の間にアルカリ金属原子を挿入（インターカレート）すると、余分な電子が得られ、金属原子から容易にイオン化され、材料を導電性、さらには超伝導性にすることができる。
