Trong tin h thể p h ân tử, ở n ú t m ạng lưới tin h th ể là các p h ân tử như C 0 2, I2, H 90 ,... hoặc các nguyên tử k h í trơ. Lực liên kết giữa các p h ân tử là lực V an der W aals h ay liên kết hiđro.
N hững tin h th ể khí trơ là nhữ ng tin h thế p h ân tử đơn giản n h ấ t về m ặt cấu trúc. P h ân tử khí trơ là p h ân tử một nguyên tử, h ìn h cầu giống nhau. Lực liên kết ở đây là lực khuếch tá n không định hưống* nên tin h th ể các k h í trơ có cấu trúc giông tinh thể kim loại. Do tín h chất cộng tín h của lực khuêch tá n nên năng lượng tương tác sẽ lớn n h ấ t khi các khí trơ kết tin h ở dạng lập phương m ặt tâm và sáu phương k h ít n h ấ t với số phối trí là 12.
N hững tin h th ể p h â n tử thường gặp và quan trọng là những tin h th ể của các hợp chất hữ u cơ.
Lực Van der W aals giảm n h a n h khi tăn g khoảng cách giữa các p h â n tử, do đó lực h ú t giữa các phân tử p h ụ thuộc m ạnh vào h ìn h dạng của chúng. Các p h ân tử có dạng càng “chặt chẽ” th ì lực Van der W aals càng lớn, tin h th ế càng bền. Thí dụ, tin h th ể p h ân tử được cấu tạo từ 2,2,3-trim etyl b u ten có lực Van der VVaals lớn hơn và tin h thể bền hơn so với tin h th ể được cấu tạo từ n -h ep tan (có cùng khôi lượng p h â n tử với 2,2,3-trim etyl butan).
1 7ỌH 3 3 4
ch3— ệ — (TH3-C H3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
c h3 c h3
2,2,3-trim etyl b u ta n n -heptan
’Lực Van cler Waals gồm 3 hiệu ứng: định hướng, cảm ứng và khuếch tán.
Ngoài ra, các phân tử có cực th ì lực Van der W aals se lớn hơn và tin h thế bền hơn trường hợp các phân tử không cực.
Một ví dụ điển hình của mạng lưới tinh thể phân tử là tinh thể nưốc đá (hình 42).
Hình 42. Sựsắp xếp các phân tử nước trong tinh thê nước đá
Từ hình 42, ta thấy mỗi nguyên tử oxi được bao quanh bơi bôn nguyên tử hiđro thuộc các phân tử nước nằm ỏ bốn đỉnh của hình tứ diện. Liên kết giữa các phân tử nước là liên kết hiđro, có độ dài hên kết là 1,76 Ả. Cấu trúc nàv có độ xôp lớn, nên có tỉ khối nhỏ. Vì vậy ở 0°c nước đá nhẹ hơn nước lỏng.
b). T ính c h ấ t của tin h th ê p h ả n tủ
Do lực liên kết giữa các phân tử yếu (là tương tác Van der W aals hay cầu nối hiđro) nên tính chất hoá học của tinh th ể phần tử do các phân tử riêng rẽ quyết định. Chẳng hạn, phổ hấp thụ của tinh thể phân tử không khác phổ hấp thụ của dung dịch các hợp chất tương ứng.
Củng vì lực liên kết yếu, nên các phân tử trong tinh thể phân tử dễ bị tách rời và các tin h thế phân tử tương đôi mềm, có nhiệt độ nóng chảy thấp (< 30Ơ’C), dễ tan trong các dung môi không phân cực. Các tin h thế phân tử kém bền, có năng lượng mạng lưới nhổ.:
P hân tử Ar CO HI HC1 NH,
Ư„ự [kJ/mol] 8,5 8,75 26,038 21,0 29,2
Nói chung, các tín h ch ất n h iệt của m ạng tin h th ể phân tử phụ thuộc vào lực liên k ết giữa các p h ân tử. Sự phụ thuộc của nhiệt độ nóng chảy vào khỗì lượng p h ân tử được biêu diễn trên hình 43, vì lực liên k ết Van der W aals giữa các phân tử halogen (F.„ Ch, Br.;, B), cũng như giữa các nguyên tử khí trố (He, Ne, Ar, Kr, Xe) tăn g lên cùng k h ả năng p h ân cực hoá của p h ân tử, nên n h iệt độ nóng chảy của những chất này trong cùng một nhóm của hệ thống tu ầ n hoàn sẽ tăn g cùng với khối lượng phân tử của chúng (hình 43). Cũng từ hình 43 ta th ấy liên kết hiđro (giữa các p h â n tử HF, H.,0) có tác dụng làm tăn g n h iệt độ nóng chảy của các hợp chất tương ứng.
Hình 43. Sự phụ thuộc của nhiệt độ nóng chầy của các
tinh thể phân tửvào khối ìượng phân tử
4.3. CHẤT RẮN VÔ ĐỊNH HÌNH
Ngày nay, bằng nhữ ng phương pháp hiện đại như phương pháp phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia rơnghen, kín h hiên vi có độ phân giải cao,v.v... cho th ấy rằn g khác với trường hợp tin h thế, “chất rắn vô đ ịn h h ìn h là những chăt
trường hợp tinh thể, “chất rắn vô định hình là những chất rắn không có sự sắp xếp các hạt (nguyên tử, p h â n tử,...) theo một trật tự tuần hoàn, đều đặn, nghĩa là không có một m ạng lưới không gian đều đặn”.
Do có cấu tạo như vậy nên chất rắn vô định hình không C.Ó điểm nóng chảy xác định. Khi nhiệt độ tăng, tính linh động của các hạt tăng theo, chất vô định hình mềm dần và chuyến sang trạng thái lỏng. Suốt trong quá trình chảy lỏng nhiệt độ luôn thay đổi. Sự khác nhau về quá trình nóng chảy của chất rắn tinh thê (có nhiệt độ nóng chảy xác định) và chất rắn vô định hình được trình bày trên hình 44.
V"
Pha lômr
tt a)
Hình 44. Sựphụ thuộc của thể tích (V) vào nhiệt độ