分子性及びイオン性固体

分子性固体は、分子または原子を構成粒子として有し、水素結合、分散力、双極子-双極子相互作用などの非イオン性分子間力によって一緒に保持されている結晶性固体の一種です。

これらの分子間力の強さが、分子固体の特性を決定します。全体として、これらの固体は柔らかく、融点が低く、熱伝導率と電気伝導率が低い傾向があります。

固体窒素やドライアイスのような非極性または正味の非極性分子固体は、主に弱い分散力によって一緒に保持されます。このような固体は融点が非常に低く、容易に昇華します。

氷や固体の二極子硫黄などの極性分子固体は、水素結合と双極子-双極子相互作用を示します。このような固体は比較的融点が高く、標準的な温度と圧力で軟質固体または揮発性液体として存在します。

分子間力の強さが分子固体の特性にどのように影響するかを示す別の例は、固体ヨウ素によって示されています。

より大きな分子間の特定の分子間力の強度の増加は、ヨウ素の特性に反映されます。どちらも非極性固体ですが、ヨウ素の融点は固体窒素の融点よりも大幅に高くなっています。

イオン性固体は、帯電した種またはイオンを構成粒子として、強い静電気力によって一緒に保持された結晶性固体です。例えば、塩化ナトリウムは、ナトリウムカチオンと塩化物アニオンからなるイオン性固体です。

イオン性固体の充填は、反対に帯電したイオン間の相互作用を最大化し、同じ電荷のイオン間の相互作用を最小限に抑えます。これは、多くの場合、格子点上の1セットのイオンと、それらの間の空間の一部または全部を占める対向するイオン、または格子間サイトとして視覚化されます。

強いクーロン相互作用により、イオン性固体は融解温度が高くなります。イオン相互作用は、通常、電荷の増加またはイオンサイズの減少とともに強くなります。

例えば、塩化セシウムは645°Cで融解し、塩化ナトリウムは801°Cで融解しますが、これはナトリウムカチオンが小さいため、より密接な充填が可能になることに起因していると考えられます。イオン電荷が高い酸化カルシウムは、2572°Cで融解します。