Vad är ett molekylärt fast ämne?

Molekylära fasta ämnen är de ämnen som är sammansatta av kovalenta molekyler som hålls samman av svaga van der Waals-krafter. Låt oss komma ihåg att en molekyl är en enhet som bildas av en fast grupp av atomer av ett eller flera grundämnen som är sammanfogade med hjälp av kovalenta bindningar, och som bibehåller sin form, identitet och kemiska egenskaper även när de är isolerade från varandra i gasformen. eller gasformigt tillstånd i lösning.

De allra flesta organiska föreningar består av molekyler, men många oorganiska molekylära fasta ämnen finns också. Molekylära fasta ämnen har egenskaper och egenskaper som gör dem mycket annorlunda än andra fasta ämnen som joniska fasta ämnen, metaller och kovalenta nätverksfasta ämnen. De flesta av dessa egenskaper kan förklaras i termer av egenskaperna hos van der Waals intermolekylära interaktioner.

Egenskaper hos kovalenta fasta ämnen

De har låga smält- och kokpunkter

Typiska kovalenta fasta ämnen har smältpunkter nästan alltid lägre än 300°C. Detta är ganska lågt med tanke på att de karakteristiska smältpunkterna för metaller och joniska fasta ämnen är över 1 000 °C.

Å andra sidan är deras kokpunkter också mycket lägre än för andra klasser av ämnen. Av dessa skäl är många molekylära ämnen vätskor eller gaser vid rumstemperatur och måste kylas avsevärt innan de kan kondensera eller frysa.

Detta förklaras på grund av intermolekylära interaktioner. För att gå från det fasta till det flytande tillståndet, det vill säga att smälta, och från det flytande till det gasformiga tillståndet, det vill säga att förånga, är det nödvändigt att bryta krafterna som håller ihop partiklarna som utgör ett ämne. När det gäller molekylära fasta ämnen är dessa intermolekylära krafter van der Waals-krafterna, som är mycket svagare än de elektrostatiska krafterna som håller samman katjoner och anjoner i joniska föreningar eller atomer i fasta ämnen. Av denna anledning är det mycket lättare att smälta eller förånga en kovalent fast substans än en metall eller ett salt.

De tenderar att vara flyktiga

Av samma skäl som förklarats ovan tenderar molekylära fasta ämnen att ha relativt höga ångtryck (dvs. de är flyktiga). Detta ger en viktig egenskap till molekylära fasta ämnen som varken metaller eller salter har, än mindre kovalenta nätverksfastämnen: vissa har karakteristiska aromer.

Det enda sättet att vi kan känna lukten av något ämne är om en del av det kan transporteras genom luften till våra näsor så att det där stimulerar luktens sensoriska celler. Endast molekylära fasta ämnen som har tillräckligt höga ångtryck kan producera tillräckligt med gasformiga molekyler för att vi ska kunna uppfatta dem.

De har låg densitet

De flesta molekylära fasta ämnen är uppbyggda av lätta element som kol, väte, kväve och syre. Det faktum att van der Waals intermolekylära krafter är svaga betyder dessutom att molekylerna är relativt långt ifrån varandra. Som en konsekvens tenderar molekylära fasta ämnen att ha låga densiteter.

De är mjuka och ofta formbara ämnen

Hårdhet är en funktion av hur hårt partiklarna som utgör ett ämne är bundna tillsammans, så molekylära fasta ämnen, eftersom deras molekyler är bundna tillsammans av svaga krafter, är mjuka ämnen.

Å andra sidan är vissa molekylära fasta ämnen, särskilt de som bildas av opolära molekyler såsom kolväten, formbara ämnen, det vill säga de kan deformeras genom att applicera en kraft utan att gå sönder. Detta sker tack vare det faktum att Londons spridningskrafter , som är en av komponenterna i van der Waals-krafterna, inte har någon riktning, vilket gör att molekylerna kan röra sig, glida ovanpå varandra och falla isär. vrida sig utan att förlora kraften som håller dem samman.

När det gäller joniska fasta ämnen och kovalenta nätverksfasta ämnen som diamant och grafit, kräver deformering av dem att bindningarna mellan deras partiklar bryts och när de väl brutits kan de inte återbildas om de inte är alla på samma plats som tidigare med samma orientering , etc.

De kan vara både kristallina och amorfa fasta ämnen.

Vissa molekylära fasta ämnen som is, jod, många organiska ämnen och fast koldioxid (torris) bildar bland annat kristallina fasta ämnen med en högordnad struktur som fortplantar sig i alla tre dimensioner. Andra, såsom de flesta polymerer, bildar amorfa fasta ämnen där molekylerna har slumpmässiga orienteringar och konformationer. Återigen beror detta på att van der Waals-styrkorna inte är riktade.

De är vanligtvis isolerande material

I molekylära fasta ämnen är valenselektroner ofta involverade i bildandet av de kovalenta bindningarna som håller samman atomerna. Av denna anledning är de inte tillgängliga för att leda elektricitet, vilket gör dessa material till elektriska isolatorer.

Klasser av molekylära fasta ämnen

Beroende på vilken typ av molekyler som utgör dem kan molekylära fasta ämnen klassificeras som:

• Organiska molekylära fasta ämnen . Dessa inkluderar alla alkaner, alkener, alkyner, alkoholer och andra typer av kolhärledda ämnen.
• Oorganiska molekylära fasta ämnen . Detta inkluderar både de molekylära allotroperna för de olika icke-metalliska grundämnena, såsom molekylärt syre (O ₂ ), vit fosfor (S ₄ ), elementärt svavel (S ₈ ), och andra, såsom de molekylära föreningar som bildas genom föreningen av två eller flera icke-metaller.

Beroende på polariteten hos deras molekyler kan de klassificeras som:

• Polära molekylära fasta ämnen . Exempel inkluderar vatten, kolmonoxid, väteklorid, såväl som polära organiska föreningar som alkoholer och karboxylsyror. Bland de molekylära fasta ämnena har dessa de högsta smält- och kokpunkterna.
• Opolära molekylära fasta ämnen . Dessa inkluderar alla opolära molekyler såsom homoatomiska arter (O2 _, O3 _, Br2 _, etc.). Dessa presenterar bara Londons spridningskrafter, som är de svagaste interaktionerna bland van der Waals-krafterna, så de tenderar att ha lägre smält- och kokpunkter än de polära.

Ytterligare exempel på molekylära fasta ämnen

Utöver de exempel som redan har nämnts i de föregående avsnitten, är andra specifika exempel på molekylära fasta ämnen:

fullerener

Fullerener är en klass av molekyler som enbart består av kolatomer och har en ungefär sfärisk form. Dessa är olika allotroper av kol. Den mest populära av alla är Buckminsterfulerene vars formel är C ₆₀ och som får sitt namn för att hedra den amerikanske arkitekten Buckminster Fuller som var känd för att designa geodetiska kupoler som gav ledtråden för att dra av strukturen hos dessa föreningar.

Ozon

Det är en annan molekylär allotrop av syre med formeln O ₃ . När ozon kondenserar och sedan fryser vid -192,2°C, bildar det ett molekylärt fast ämne.

naftalen

Om vi ​​går tillbaka till organiska föreningar, är naftalen ett molekylärt fast ämne med formeln C ₁₀ H ₈ som har en smältpunkt på 80,26 ° C, så det är fast vid rumstemperatur.

ädelgaser

Trots att de egentligen inte är molekyler utan stabila monatomiska arter, ingår ädelgaser vanligtvis som en del av molekylära fasta ämnen eftersom de delar sina huvudsakliga egenskaper: de enda interaktionerna mellan partiklarna som utgör dessa ämnen, det vill säga mellan de enskilda atomerna. , är London. spridningskrafter. Detta är anledningen till att de alla är gaser vid rumstemperatur.

Referenser

Aguado B., R. (nd). Molekylära fasta ämnen. Hämtad från 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

Brown, T. (2021). Kemi: The Central Science (11:e upplagan). London, England: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemistry (10:e upplagan). New York, NY: MCGRAW-HILL.

Mott, V. (nd). Molekylära kristaller | Introduktion till kemi. Hämtad 5 juli 2021 från https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/molecular-crystals/

Fasta ämnens egenskaper. (nd). Hämtad 5 juli 2021 från https://www.chem.fsu.edu/chemlab/chm1046course/solids.html

Molekylära fasta ämnen. (nd). Hämtad 5 juli 2021 från https://www.uv.es/lahuerta/resumenes/Tema7/solidos/moleculares.html