Molekulare und ionische Feststoffe

Molekulare Festkörper sind eine Art von kristallinen Festkörpern, die Moleküle oder Atome als Teilchen haben und durch nichtionische intermolekulare Kräfte wie Wasserstoffbrückenbindungen, Dispersionskräfte oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zusammengehalten werden.

Die Stärke dieser intermolekularen Kräfte bestimmt die Eigenschaften molekularer Festkörper. Insgesamt sind diese Feststoffe tendenziell weich, haben einen niedrigen Schmelzpunkt und eine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit.

Unpolare oder unpolare molekulare Feststoffe wie fester Stickstoff oder Trockeneis werden hauptsächlich durch schwache Dispersionskräfte zusammengehalten. Solche Feststoffe haben einen sehr niedrigen Schmelzpunkt und sublimieren leicht.

Polare molekulare Festkörper wie Eis und festes Schwefeldioxid weisen Wasserstoffbrückenbindungen und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen auf. Solche Feststoffe haben vergleichsweise höhere Schmelzpunkte und liegen als weiche Feststoffe oder flüchtige Flüssigkeiten bei Standardtemperatur und -druck vor.

Ein weiteres Beispiel dafür, wie die Stärke der intermolekularen Kräfte die Eigenschaften molekularer Festkörper beeinflusst, ist das feste Jod.

Die erhöhte Stärke bestimmter intermolekularer Kräfte zwischen größeren Molekülen spiegelt sich in den Eigenschaften von Jod wider. Obwohl es sich bei beiden um unpolare Feststoffe handelt, ist der Schmelzpunkt von Jod wesentlich höher als der von festem Stickstoff.

Ionische Festkörper sind kristalline Festkörper mit elektrisch geladenen Spezies oder Ionen als Bestandteile, die durch starke elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden. Zum Beispiel ist Natriumchlorid ein ionischer Feststoff, der aus Natriumkationen und Chloridanionen besteht.

Die Packung aus ionischen Festkörpern maximiert die Wechselwirkung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen und minimiert die Wechselwirkung zwischen Ionen derselben Ladung. Dies wird oft als eine Gruppe von Ionen auf Gitterpunkten visualisiert und die gegenüberliegenden Ionen, die einige oder alle Räume zwischen ihnen oder die interstitiellen Stellen einnehmen.

Aufgrund der starken coulombischen Wechselwirkungen haben ionische Festkörper hohe Schmelztemperaturen. Die ionischen Wechselwirkungen werden typischerweise mit zunehmender Ladung oder Abnahme der Ionengröße stärker.

Zum Beispiel schmilzt Cäsiumchlorid bei 645 °C und Natriumchlorid bei 801 °C, was auf das kleinere Natriumkation zurückzuführen ist, das eine engere Packung ermöglicht. Calciumoxid, das höhere Ionenladungen aufweist, schmilzt bei 2572 °C.