Læringsmål

• Diskuter egenskapene til molekylære krystaller.

Vilkår

• dopingforsiktig innføring av urenheter i en prøve av et stoff for å endre dets elektriske egenskaper.
• molekylært solidet fast sammensatt av molekyler holdt sammen av van Der Waals intermolekylære krefter.
• Van Der Waals kraftattraktive krefter mellom molekyler (eller mellom deler av samme molekyl). Disse inkluderer interaksjoner mellom partielle ladninger (hydrogenbindinger og dipol-dipol-interaksjoner), og svakere spredningskrefter I London.
• intermolekylær kraftnoen av de attraktive interaksjonene som oppstår mellom atomer eller molekyler i en prøve av et stoff.

Arten Av Intermolekylære Krefter

Husk at et molekyl er definert som et diskret aggregat av atomer bundet sammen tilstrekkelig tett av rettede kovalente krefter for å tillate det å beholde sin individualitet når stoffet er oppløst, smeltet eller fordampet. De to ordene kursiv i forrige setning er viktige. Kovalent binding innebærer at kreftene som virker mellom atomer i molekylet (intramolekylære) er mye sterkere enn de som virker mellom molekyler( intermolekylære), den retningsmessige egenskapen til kovalent binding gir hvert molekyl en særegen form som påvirker en rekke egenskaper.Væsker og faste stoffer som består av molekyler holdes sammen av van Der Waals (eller intermolekylære) krefter, og mange av deres egenskaper reflekterer denne svake bindingen. Molekylære faste stoffer har en tendens til å være myke eller deformerbare, har lave smeltepunkter, og er ofte tilstrekkelig flyktige til å fordampe direkte inn i gassfasen. Denne sistnevnte egenskapen gir ofte slike faste stoffer en særegen lukt. Mens det karakteristiske smeltepunktet for metaller og ioniske faste stoffer er ~1000 °C, smelter de fleste molekylære faste stoffer godt under ~300 °C. dermed er mange tilsvarende stoffer enten flytende (vann) eller gassformige (oksygen) ved romtemperatur.

Molekylære faste stoffer har også relativt lav tetthet og hardhet. De involverte elementene er lette, og de intermolekylære bindingene er relativt lange og er derfor svake. På grunn av ladningsnøytraliteten til de bestandige molekylene, og på grunn av den lange avstanden mellom dem, er molekylære faste stoffer elektriske isolatorer.fordi spredningskrefter og de andre van Der Waals-kreftene øker med antall atomer, er store molekyler generelt mindre flyktige og har høyere smeltepunkter enn mindre. Også når man beveger seg ned en kolonne i det periodiske bordet, er de ytre elektronene mer løst bundet til kjernen, noe som øker polarisabiliteten til atomet, og dermed dens tilbøyelighet til van Der Waals-type interaksjoner. Denne effekten er spesielt tydelig i økningen i kokepunkter av de suksessivt tyngre edelgasselementene.

Case Study: Fosfor

begrepet «molekylært fast stoff» kan referere ikke til en bestemt kjemisk sammensetning, men til en bestemt form for et materiale. For eksempel kan fast fosfor krystallisere i forskjellige allotroper kalt «hvitt», «rødt» og «svart» fosfor.

• Hvitt fosfor danner molekylære krystaller sammensatt av tetraedrale p4 molekyler. Et molekylært fast, hvitt fosfor har en relativt lav tetthet på 1,82 g / cm3 og smeltepunkt på 44,1 °C; det er et mykt materiale som kan kuttes med en kniv.
• Oppvarming ved omgivelsestrykk til 250 °C eller eksponering for sollys omdanner hvitt fosfor til rødt fosfor, der p4-tetraederen ikke lenger er isolert, men er forbundet med kovalente bindinger til polymerlignende kjeder.
• Oppvarming av hvitt fosfor under høyt (GPa) trykk konverterer det til svart fosfor, som har en lagdelt, grafittlignende struktur.

når hvitt fosfor omdannes til kovalent rødt fosfor, øker tettheten til 2,2–2,4 g / cm3 og smeltepunkt til 590 °C; når hvitt fosfor omdannes til det (også kovalente) svarte fosforet, blir tettheten 2,69 – 3,8 g / cm3 med en smeltetemperatur ~200 °C.

både røde og svarte fosforformer er betydelig vanskeligere enn hvitt fosfor. Selv om hvitt fosfor er en isolator, leder den svarte allotropen, som består av lag som strekker seg over hele krystallet, elektrisitet. De strukturelle overgangene i fosfor er reversible: ved å frigjøre høyt trykk, omdanner svart fosfor gradvis til den røde allotropen, og ved å fordampe rødt fosfor ved 490 °C i en inert atmosfære og kondensere dampen, kan kovalent rødt fosfor omdannes tilbake til det hvite molekylære faste stoffet.på samme måte er gul arsen et molekylært fast stoff bestående Av As4-enheter; det er metastabilt og forvandles gradvis til grått arsen ved oppvarming eller belysning. Visse former for svovel og selen er hver sammensatt Av S8 eller Se8 enheter, og er molekylære faste stoffer ved omgivelsesforhold. Imidlertid kan de konvertere til kovalente allotroper som har atomkjeder som strekker seg gjennom krystallet.

Klasser Av Molekylære Faste Stoffer

det store flertallet av molekylære faste stoffer kan tilskrives organiske forbindelser som inneholder karbon og hydrogen, som hydrokarboner (CnHm). Sfæriske molekyler som består av forskjellig antall karbonatomer, kalt fullerener, er en annen viktig klasse. Mindre tallrike, men karakteristiske molekylære faste stoffer er halogener (F. eks. Cl2) og deres forbindelser med hydrogen (F.Eks. HCl), samt lette kalkogener (F. eks. O2) og pniktogener (F. eks. N2).

Konduktivitet av molekylære faste stoffer kan induseres av» doping » fullerener (f. eks. C60). Dens faste form er en isolator fordi alle valenselektroner av karbonatomer er involvert i de kovalente bindingene i de enkelte karbonmolekylene. Imidlertid gir innføring av (interkalerende) alkalimetallatomer mellom fullerenmolekylene ekstra elektroner, som lett kan ioniseres fra metallatomer og gjøre materialet ledende, og til og med superledende.