مقاطع تحصیلی
جستجو در منظومه
جامدات مولکولی
توضیحات درس
۱. شناسنامه جامدات مولکولی
ذرات سازنده شبکه : مولکولهای مجزا (خنثی) یا در موارد خاص، اتمهای تکاتمی گازهای نجیب (مانند بلور زنون و آرگون در دماهای بسیار پایین).
پیوند درونمولکولی : پیوند کووالانسی قوی (که اتمها را درون هر مولکول در کنار هم نگه میدارد).
نیروهای بینمولکولی (نگهدارنده شبکه) : نیروهای ضعیف واندروالسی شامل: پیوند هیدروژنی، نیروهای واندروالسی شامل دوقطبی–دوقطبی و نیروهای لاندن (دوقطبی القایی–دوقطبی القایی).
آرایش هندسی شبکه : چیدمان منظم سهبعدی مولکولها کنار یکدیگر در حالت جامد توسط نیروهای ضعیف بینمولکولی؛ بدون تشکیل شبکه یکپارچه اتمی(جامدات کووالانسی) یا یونی(جامدات یونی).
۲. ویژگیهای فیزیکی جامدات مولکولی و علت آنها
الف) نقطه ذوب و جوش پایین
- علت: در فرایند ذوب یا تصعید یک جامد مولکولی، پیوندهای کووالانسی درون مولکولها شکسته نمیشوند؛ بلکه تنها نیروهای بینمولکولی ضعیف که مولکولها را در شبکه بلور نگه داشتهاند، سست یا قطع میگردند.
- مقایسه انرژی: انرژی شکستن نیروهای بینمولکولی به مراتب کمتر از شکستن پیوندهای کووالانسی، یونی یا فلزی است؛ بنابراین، بیشتر جامدات مولکولی در دماهای پایین ذوب یا تصعید میشوند و بسیاری از آنها در دمای اتاق گاز یا مایع هستند.
ب) سختی کم، شکنندگی و نرمی
- به دلیل ضعیف بودن نیروهای پیونددهنده ذرات در شبکه، بلور این مواد در برابر سایش یا اعمال فشار مکانیکی بسیار نرم بوده و به راحتی خراشیده یا خرد میشوند (مانند موم، نفتالن، گوگرد و یخ).
ج) نارسانایی الکتریکی (در تمام حالتها)
- این مواد در هر دو حالت جامد و مایع (مذاب) و حتی در حالت گازی، نارسانا یا عایق الکتریسیته هستند.
- علت میکروسکوپی: ساختار آنها فاقد هرگونه ذره باردار متحرک (الکترون آزاد نامستقر یا یونهای آزاد) است. تمام الکترونها درون پیوندهای کووالانسی موضعی یا جفتالکترونهای ناپیوندی اتمها محدود شدهاند.
- بسیار مهم و کنکوری: استثنای انحلال در آب: برخی مولکولها (مانند اسیدها\(\mathbf{HCl,}\mathbf{CH}\mathbf{3}\mathbf{ COOH}\mathbf{\ }\) پس از حل شدن در آب یونیده میشوند و محلول الکترولیت تولید میکنند، اما خود ماده خالص (مذاب یا جامد) نارسانا است.
نام ماده | فرمول شیمیایی | نوع غالب نیروی بینمولکولی | ویژگیهای فیزیکی و نکات کنکوری |
یخ (آب جامد) | \(H_{2}O(s)\) | پیوند هیدروژنی سهبعدی | به دلیل تشکیل شبکه بلوری ششگوشه باز توسط پیوندهای هیدروژنی، فضای خالی میان مولکولها افزایش یافته و چگالی یخ از آب مایع کمتر میشود. |
ید | \(I_{2}(s)\) | نیروی واندروالسی لاندن قوی (جرم مولی بالا) | بلورهای خاکستری مایل به بنفش و براق؛ به دلیل ضعیف بودن نیروهای بینمولکولی ، به آسانی تصعید شده و بخار بنفشرنگ تولید میکند. |
یخ خشک | \(CO_{2}(s)\) | نیروی واندروالسی لاندن (مولکول ناقطبی) | در فشار 1atm مستقیماً تصعید میشود (دمای تصعید حدود \(-78.5^{\circ }C\) ) بدون اینکه مایع شود؛ کاربرد فراوان در سردسازی. |
گوگرد | \(S_{8}(s)\) | نیروی واندروالسی لاندن | جامد زرد رنگ؛ مولکولهای حلقوی ۸ تایی تاجیشکل (\(S_{8}\) ) با ابر الکترونی بزرگ که منجر به حالت جامد در دمای اتاق میشود. |
نفتالن | \(C_{10}H_{8}\) | نیروی واندروالسی لاندن | هیدروکربن آروماتیک جامد و سفیدرنگ با بوی تند و مشخص؛ به آسانی در دمای محیط تصعید میشود و به عنوان ضدبید استفاده میشود. |
کلروفرم | \(CHCl_{3}\) | نیروی واندروالسی (دوقطبی–دوقطبی + لاندن) | مایع فرار و بیرنگ در دمای اتاق (دارای گشتاور دوقطبی به دلیل تقارنناپذیری توزیع الکترونی)؛ در گذشته به عنوان ماده بیهوشی به کار میرفت. |