Termeni

• dopareaintroducerea intenționată a impurităților într-o probă a unei substanțe pentru a-i modifica proprietățile electrice.
• solid molecularun solid compus din molecule ținute împreună de forțele intermoleculare van der Waals.
• Van der Waals forceforțele atractive între molecule (sau între părți ale aceleiași molecule). Acestea includ interacțiuni între sarcini parțiale (legături de hidrogen și interacțiuni dipol-dipol) și forțe de dispersie londoneze mai slabe.
• forța intermolecularăoricare dintre interacțiunile atractive care apar între atomi sau molecule într-o probă a unei substanțe.

natura forțelor intermoleculare

reamintim că o moleculă este definită ca un agregat discret de atomi legați împreună suficient de strâns de forțele covalente direcționate pentru a-i permite să-și păstreze individualitatea atunci când substanța este dizolvată, topită sau vaporizată. Cele două cuvinte italicizate în propoziția precedentă sunt importante. Legătura covalentă implică faptul că forțele care acționează între atomii din moleculă (intramoleculare) sunt mult mai puternice decât cele care acționează între molecule (intermoleculare), proprietatea direcțională a legăturii covalente conferă fiecărei molecule o formă distinctivă care afectează o serie de proprietăți ale acesteia.lichidele și solidele compuse din molecule sunt ținute împreună de forțele van der Waals (sau intermoleculare) și multe dintre proprietățile lor reflectă această legare slabă. Solidele moleculare tind să fie moi sau deformabile, au puncte de topire scăzute și sunt adesea suficient de volatile pentru a se evapora direct în faza gazoasă. Această din urmă proprietate oferă adesea astfel de solide un miros distinctiv. În timp ce punctul de topire caracteristic al metalelor și al solidelor ionice este de ~1000% C, majoritatea solidelor moleculare se topesc cu mult sub ~300% C. Astfel, multe substanțe corespunzătoare sunt fie lichide (apă), fie gazoase (oxigen) la temperatura camerei.

solidele moleculare au, de asemenea, densitate și duritate relativ scăzute. Elementele implicate sunt ușoare, iar legăturile intermoleculare sunt relativ lungi și, prin urmare, sunt slabe. Datorită neutralității încărcării moleculelor constitutive și datorită distanței mari dintre ele, solidele moleculare sunt izolatoare electrice.deoarece forțele de dispersie și celelalte forțe van der Waals cresc odată cu numărul de atomi, moleculele mari sunt în general mai puțin volatile și au puncte de topire mai mari decât cele mai mici. De asemenea, pe măsură ce se deplasează pe o coloană din tabelul periodic, electronii exteriori sunt mai legați de nucleu, crescând polarizabilitatea atomului și, astfel, înclinația sa către interacțiunile de tip van der Waals. Acest efect este deosebit de evident în creșterea punctelor de fierbere ale elementelor de gaz nobil succesiv mai grele.

studiu de caz: fosfor

termenul „solid molecular” se poate referi nu la o anumită compoziție chimică, ci la o formă specifică a unui material. De exemplu, fosforul solid poate cristaliza în diferite alotrope numite fosfor „alb”, „roșu” și „negru”.

• fosforul alb formează cristale moleculare compuse din molecule tetraedrice P4. Un fosfor molecular solid, alb, are o densitate relativ scăzută de 1,82 g/cm3 și un punct de topire de 44,1 CTC; este un material moale care poate fi tăiat cu un cuțit.
• încălzirea la presiunea ambiantă până la 250 centimetric C sau expunerea la lumina soarelui transformă fosforul alb în fosfor roșu, în care tetraedrele P4 nu mai sunt izolate, ci sunt conectate prin legături covalente în lanțuri asemănătoare polimerilor.
• încălzirea fosforului alb sub presiuni ridicate (GPa) îl transformă în fosfor negru, care are o structură stratificată, asemănătoare grafitului.

când fosforul alb este transformat în fosfor roșu covalent, densitatea crește până la 2,2-2,4 g / cm3 și punctul de topire la 590 CTC; când fosforul alb este transformat în fosforul negru (de asemenea covalent), densitatea devine 2,69–3,8 g/cm3 cu o temperatură de topire ~200 CTC.

ambele forme de fosfor roșu și negru sunt semnificativ mai dure decât fosforul alb. Deși fosforul alb este un izolator, alotropul negru, care constă din straturi care se extind pe întregul cristal, conduce electricitatea. Tranzițiile structurale în fosfor sunt reversibile: la eliberarea presiunii ridicate, fosforul negru se transformă treptat în alotropul roșu, iar prin vaporizarea fosforului roșu la 490 centimetric C într-o atmosferă inertă și condensarea vaporilor, fosforul roșu covalent poate fi transformat înapoi în solidul molecular alb.în mod similar, arsenicul galben este un solid molecular compus din unități As4; este metastabil și se transformă treptat în arsen gri la încălzire sau iluminare. Anumite forme de sulf și seleniu sunt compuse fiecare din unități S8 sau Se8 și sunt solide moleculare în condiții ambientale. Cu toate acestea, ele se pot transforma în alotropi covalenți având lanțuri atomice care se extind prin tot cristalul.

clase de solide moleculare

marea majoritate a solidelor moleculare pot fi atribuite compușilor organici care conțin carbon și hidrogen, cum ar fi hidrocarburile (CnHm). Moleculele sferice constând dintr-un număr diferit de atomi de carbon, numite fullerene, sunt o altă clasă importantă. Solidele moleculare mai puțin numeroase, dar distincte sunt halogeni (de exemplu, Cl2) și compușii lor cu hidrogen (de exemplu, HCl), precum și calcogeni ușori (de exemplu, O2) și pnictogeni (de exemplu, N2).conductivitatea solidelor moleculare poate fi indusă prin „doparea” fullerenelor (de exemplu, C60). Forma sa solidă este un izolator, deoarece toți electronii de valență ai atomilor de carbon sunt implicați în legăturile covalente din moleculele individuale de carbon. Cu toate acestea, inserarea (intercalarea) atomilor de metal alcalin între moleculele fullerene oferă electroni suplimentari, care pot fi ușor ionizați din atomii de metal și fac materialul conductiv și chiar superconductor.