U sadržaju ove nastavne teme naučit ćete više o kristalima čije su gradivne jedinice molekule.

ISHODI UČENJA

Usvajanjem sadržaja ove Teme moći ćete odgovoriti na sljedeća pitanja:

• Što su molekulski kristali?

• U kratkim crticama opiši strukturu molekulskih kristala?

• Navedi fizikalna i kemijska svojstva molekulskih kristala?

• Gdje u prirodi pronalazimo molekulske kristale?

♦ U temi  ATOMSKI KRISTALI mogli smo vidjeti da atomske kristale tvore nemetali unutar kojih su atomi povezani kovalentnom vezom. U objašnjavanju kovalentne veze u temi KEMIJSKE VEZE , mogli smo vidjeti da ova veza rezultira stvaranjem dviju vrsta kristala: atomskih i molekulskih kristala.

♦ Kod atomskih kristala, vidjeli smo, stotine pa i tisuće atoma ugljika tvori kristale grafita, dijamanta i fulerena.

Svojstva molekulskih kristala?

♦  Ugljik je najpoznatiji i najrašireniji nemetal koji se u prirodi javlja u obliku atoma, no postoje i nemetali koji se u prirodi javljaju u obliku molekula, te su takvi nemetali pri sobnoj temperaturi krutine i tvore molekulske kristale. Primjeri takvih nemetala su fosfor, sumpor i jod.

♦ Fosfor je kemijski element 15. skupine PSE koji se u prirodi ne javlja kao samorodan, već u spojevima (fosforit, apatit). Riječ je o krutini koja se javlja u tri alotropske modifikacije; bijeli fosfor, crveni fosfor (slika 1.) i crni fosfor.

Bijeli fosfor je jako nestabilan i samozapaljiv, te se čuva u destiliranoj vodi. Zagrijavanjem bez prisutnosti zraka, na temperaturi oko 260 °C, bijeli fosfor prelazi u stabilniju alotropsku modifikaciju, crveni fosfor.

Crni fosfor je stabilan samo pri visokim tlakovima.

♦ Sumpor (slika 2.) je kemijski element 16. skupine PSE, te u prirodi dolazi i kao samorodan i u spojevima. Krutina je žute boje. Pojavljuje se i u obliku kristala i kao amorfni sumpor. Javlja se u obliku dviju alotropskih modifikacija: rompski i monoklinski sumpor.

♦ Jod (slika 3.) je kemijski element 17. skupine PSE, jedini halogeni nemetal u krutom agregatnom stanju (fluor i klor su plinovi, brom tekućina). Sivkastocrne je do ljubičaste boje, metalnog sjaja.

Za jod je karakteristično da posjeduje svojstvo sublimacije, odnosno da i pri sobnoj temperaturi, kristalići joda prelaze u ljubičaste pare (slika 4.) bez prijelaza u tekuće agregatno stanje.

Struktura molekulskih kristala?

Struktura molekulskih kristala je u svojoj osnovi za sve kristale jednaka, građevne jedinice su molekule koje zauzimaju određena mjesta unutar elementarne ćelije kristalne rešetke.

Kristalna struktura fosfora

♦ Rekli smo da se fosfor javlja u tri alotropske modifikacije od kojih je najstabilnija crveni fosfor. Sve tri alotropske modifikacije fosfora se javljaju u obliku četveroatomnih molekula, P₄. Atomi fosfora smješteni su u vrhovima pravilnog tetraedra i sa ostala 3 susjedna P atoma povezani jednostrukim kovalentnim vezama (slika 5.).

Kristalna struktura sumpora

♦ Sumpor se najčešće javlja u dvije alotropske modifikacije, rompski i monoklinski sumpor (slika 6.). U kristalnoj strukturi sumpora nalaze se osmeroatomne molekule sumpora, S₈ , koje tvore osmeročlane prstenove (slika 7.). Ove dvije alotropske modifikacije mogu prelaziti jedna u drugu na temperaturi oko 94-96 °C.

Kristalna struktura joda

♦ U kristalu joda dvoatomne molekule joda, I_{2 ,} zauzimaju vrhove i središta ploha kocke koja predstavlja elementarnu ćeliju kristalne rešetke joda (slika 8.).

Fizikalna i kemijska svojstva molekulskih kristala

Fizikalna i kemijska svojstva fosfora

♦ Najstabilnija alotropska modifikacija fosfora, crveni fosfor, krutina je crvene do ljubičaste boje, netopljiv u vodi i ostalim otapalima, ne vodi električnu struju.Talište bijelog fosfora iz kojeg zagrijavanjem nastaje stabilniji crveni fosfor je na 44,7 °C . Temperatura vrelišta bijelog fosfora iznosi 280 °C. Bijeli fosfor je jako reaktivan i vrlo nestabilan, te jak otrov. Na 260 °C bijeli fosfor prelaze u stabilniji crveni fosfor koji je također reaktivan, ali nije otrovan. Daljnjim zagrijavanjem pri visokim tlakovima nastaje crni fosfor koji je postojan samo u ekstremnim uvjetima visokih tlakova.

Fizikalna i kemijska svojstva sumpora

♦ Sumpor je pri sobnoj temperaturi prisutan u obliku svoje rompske alotropske modifikacije. Ovakav sumpor je netopljiv u vodi, a od organskih otapala, topljiv je u ugljikovom disulfidu (CS₂) i tetraklorugljiku (CCl₄). Rompski sumpor se tali na 112,8 °C, a monoklinski na 119 °C. Električni je izolator. Sumpor je također rekativan element, na zraku gori plavičastim plamenom zbog stvaranja plina sumporovog dioksida (SO₂).

Fizikalna i kemijska svojstva joda

♦ Jod je poput fosfor i sumpora netopljiv u vodi, ali topljiv u organskim otapalima (heksan, kloroform). Topljivost u vodi mu se može povećati dodatkom kalijevog jodida (I₂ + KI). Ova otopina se koristi u medicini kao antiseptičko i dezinfekcijsko sredstvo. Talište joda je na 113,7 °C, a vrelište na 184,3 °C. Jod ne vodi električnu struju. Reaktivan je element.

Nalazišta molekulskih kristala

♦ Sva tri prethodno navedena kemijska elementa se u prirodi najčešće javljaju u obliku spojeva, rijetko kao samorodni.

♦ Fosfor je sastavni dio stijena i minerala gdje se najčešće nalazi u obliku fosforita (Ca₃(PO₄)₂) i apatita (Ca₅(PO₄)₃(F, Cl, OH)). U Zemljinoj kori je jedanaesti element po rasprostranjenosti (700 ppm). Najveća svjetska ležišta fosfatnih minerala nalaze se u Maroku, Kini, Jordanu i Južnoafričkoj Republici.

♦ Nalazišta sumpora su krateri vulkana. U Zemljinoj kori ima ga vrlo malo, znatno više u rudama i mineralima (pirit, halkopirit, sfalerit, galenit, cinabarit, sadra).

♦ Jod je 47. kemijski element po zastupljenosti u Zemljinoj kori. Najčešće se javlja u obliku svojih spojeva, jodida i jodata. Za razliku od fosfora i sumpora koje možemo naći kao sastavne dijelove različitih ruda i minerala, jod možemo naći u morskoj vodi. Jod također možemo pronaći u smeđim algama. Najveća nalazišta joda su u Čileu (čilska salitra; natrijev nitrat + pijesak + glina + natrijev klorid + jod) i u oceanskom području SAD-a i Japana.

ZADATAK:

Usporedi tališta i vrelišta molekulskih i atomskih kristala!

♦ Unutar molekulskih kristala, atomi su unutar molekula povezani jakim, pretežito jednostrukim kovalentnim vezama. Međutim, unutar samog kristala, imamo stotine molekula između kojih djeluju međumolekulske sile, za koje nam je poznatno, da su slabijeg intenziteta djelovanja i od ionske i od kovalentne veze. Slaba međumolekulska privlačenja, točnije, van der Waalsove privlačne sile, uzrok su nižih tališta i vrelišta molekulskih kristala u odnosu na ionske i atomske kristale.

Molekulsku kristalnu strukturu, zbog prirode veze, je lakše narušiti nego ionsku i atomsku kristalnu strukturu.

ZA ONE KOJI ŽELE ZNATI VIŠE!

Što je suhi led?

♣ Vidjeli smo koji kemijski elementi tvore molekulske kristale. Također smo vidjeli kakva je veza unutar molekulskih kristala.

Osnovni preduvjet za tvorbu molekulskih kristala je stvaranje kovalentne veze. Ona se formira između atoma nemetala, istog ili različitih kemijskih elemenata. Dakle, posljedično bi molekulske kristale mogli tvoriti i kemijski spojevi nastali spajanjem dvaju atoma različitih nemetala. Dokaz za ovu tvrdnju je kristal suhog leda, kemijske formule CO₂. Dakle, riječ je o ugljikovom dioksidu.

Za ugljikov dioksid znamo da je plin koji je sastavni dio naše atmosfere, te da je to plin koji izdišu sva živa bića. Unutar molekule ugljikovog dioksida dva atoma kisika povezana su sa ugljikom dvostrukom kovalentnom vezom.

No, kada taj plin prelazi u krutinu, te formira molekulske kristale?

♣ Pri temperaturi od -79 °C, plinoviti ugljikov dioksid prelazi u krutinu bijele boje, bez mirisa i okusa. Ovakav ugljikov dioksid se koristi kao sredstvo za hlađenje (prehrambena industrija), te kao sredstvo za gašenje požara.

♣ Kruti CO₂ kristalizira u kubičnom sustavu, a elemetarna ćelija kristalne rešetke je plošno centrirana kocka (slika 10.).

♣ Ugljikov dioksid u krutom stanju, je slično ostalim tvarima molekulske kristalne strukture, netopljiv u vodi, što je posljedica slabih van der Waalsovih privlačnih sila.

ZADATAK:

Usporedi fizikalna i kemijska svojstva atomskih i molekulskih kristala?

U nastavku riješi kviz kako bi tvoje učenje bilo potpuno!

Provjeri svoje znanje o molekulskim kristalima!

Što čujem zaboravim, što vidim pamtim, što uradim znam!

MOLEKULSKI KRISTALI

e-učenje kemije