مواد مولکولی چیست؟ – به زبان ساده

مواد شیمیایی خالصی که در ساختار خود مولکول دارند، مواد مولکولی نامیده می‌شوند. مولکول‌ها، مجموعه‌ای از اتم‌ها با تعداد و ترکیب مشخص هستند که با پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده‌اند. این مولکول‌ها و مواد مولکولی می‌توانند اندازه‌ای بسیار کوچک (در حد دو اتم) و بسیار بزرگ (مانند پروتئین‌ها و پلیمرها) داشته باشند. هر ماده‌ای که از ترکیب مولکول‌ها تشکیل شده باشد، ماده مولکولی نام دارد و این مواد خواص منحصر به فردی دارند. در این مطلب از مجله فرادرس می‌آموزیم مفهوم مواد مولکولی چیست و چه ویژگی‌هایی دارند.

در این مطلب می‌آموزیم مفهوم مواد مولکولی چیست. سپس مثال‌هایی از این مواد را بررسی کرده و انواع پیوندهای بین اتم‌های آن‌ها و نیروهای بین مولکولی آن‌ها را می‌آموزیم. در ادامه با نحوه فرمول‌نویسی، نام‌گذاری و نمایش این مواد آشنا می‌شویم. در نهایت، با انواع این مواد آشنا شده و فرق این مواد را با عنصر، ترکیب، مواد یونی و ... را می‌آموزیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید مواد مولکولی چیست.

مواد مولکولی چیست؟

مواد مولکولی موادی هستند که ساختار آن‌ها از اتصال مولکول‌ها تشکیل شده است. این ترکیبات خالص هستند و پیوند بین اتم‌های آن‌ها از نوع کووالانسی است. همچنین، مولکول‌های موجود در این مواد با پیوندهای بین مولکولی مانند نیروهای واندروالسی یا پیوند هیدروژنی به یکدیگر متصل می‌شوند. این مواد با نام ترکیب مولکولی نیز شناخته می‌شوند. در واقع یک ماده مولکولی ماده‌ای است که از ترکیب مولکولی کووالانسی تشکیل شده است.

این مواد نسبت به مواد یونی نرم‌تر هستند و نقطه ذوب و جوش پایین‌تری دارند. همچنین، این مواد بیشتر در حلال‌های آلی حل شده و انحلال‌پذیری آن‌ها در آب به نسبت مواد یونی کمتر است. این مواد، طیف وسیعی از مواد اطراف ما، از آب گرفته تا کربن دی اکسید را شامل می‌شوند. این مواد از دسته مواد خالصی هستند که یونی نبوده و می‌توانند به صورت مولکول عنصری یا ترکیب مولکولی وجود داشته باشند. در ادامه برخی از مثال‌های مواد مولکولی را بررسی می‌کنیم.

مثال مواد مولکولی

بسیاری از ترکیباتی که در زندگی روزانه ما وجود دارند، از انواع مواد مولکولی هستند. در قسمت قبل آموختیم مفهوم مواد مولکولی چیست. مواد مولکولی ترکیباتی هستند که از اتم‌ها و عناصر غیرفلزی تشکیل شده‌اند که اتم‌های آن‌ها با پیوندهای کووالانسی به هم متصل شده و بین مولکول‌های آن‌ها انواع نیروهای بین مولکولی وجود دارد.

موادی مانند آب، گاز شهری متان، بنزین، متانول، گاز اکسیژن، کربن دی اکسید و ... از این مواد هستند. در ادامه، با ساختار و ویژگی‌های برخی از مثال‌های مواد مولکولی رایج آشنا می‌شویم.

کربن دی اکسید

کربن دی اکسید با فرمول شیمیایی $$CO_2$$ یک ماده مولکولی است که از یک اتم کربن و دو اتم اکسیژن تشکیل شده است. این ماده، دو پیوند کووالانسی دوگانه بین اتم‌های کربن و اکسیژن دارد. این ماده یک ماده مولکولی کوچک است و معمولا به شکل گاز یافت می‌شود. ساختار مولکول کربن دی اکسید در تصویر زیر نمایش داده شده است.

ساختار این ماده مولکولی در تصویر زیر مشخص شده است.

آب

ماده آب (هیدروژن اکسید) با فرمول شیمیایی $$H_2O$$، یک ماده مولکولی است. آب از ترکیب یک اتم اکسیژن با دو اتم هیدروژن با پیوند کووالانسی به هم متصل هستند تشکیل شده است. مولکول آب ساختاری ویژه دارد و در هر سه حالت جامد، مایع و آب در زمین وجود دارد. بین مولکول‌های آب، پیوندهای هیدروژنی وجود دارد و مولکول آن یک مولکول قطبی است. به همین دلیل بسیاری از مواد می‌توانند در آب حل شوند. همچنین در این ماده الکترون‌های غیرپیوندی روی اتم اکسیژن وجود دارد.

ساختار این ماده مولکولی در تصویر زیر مشخص شده است.

آمونیاک

آمونیاک با فرمول شیمیایی $$NH_3$$ یکی از مواد مولکولی است که در بسیاری از صنایع و فرآیندها استفاده می‌شود. این ماده مولکولی اندازه‌ای کوچک دارد و می‌تواند پیوند هیدروژنی برقرار کند. به همین دلیل آمونیاک نیز یکی از حلال‌های رایج است.

ساختار این ماده مولکولی در تصویر زیر مشخص شده است.

کربن تترا کلرید

کربن تترا کلرید با فرمول شیمیایی $$CCl_4$$ یکی از مواد مولکولی است که از یک اتم کربن و ۴ اتم کلر تشکیل شده است. پیوندهای بین اتم‌های کلر و اتم کربن مرکزی از نوع کووالانسی است و این مولکول ساختاری ۴ وجهی دارد.

ساختار این ماده مولکولی در تصویر زیر مشخص شده است.

گاز اکسیژن

گاز اکسیژن نیز یکی از مواد مولکولی است. این ماده مولکولی، یک ترکیب مولکولی جورهسته است که از اتصال دو اتم اکسیژن به وسیله یک پیوند کووالانسی دوگانه تشکیل می‌شود. اکسیژن معمولا در دمای محیط به فرم گاز وجود دارد و اساس بسیاری از فرآیندهای زیستی و شیمیایی را تشکیل می‌دهد.

هیدروکربن ها

هیدروکربن، به مواد مولکولی گفته می‌شود که از ترکیب اتم‌های کربن و هیدروژن به دست می‌آیند. هیدروکربن‌ها گستره‌ای بسیار وسیع و متنوع دارند و می‌توانند هزاران ترکیب شیمیایی مختلف با اتصال به اتم‌های دیگر تشکیل دهند. اساس ساختار مولکول‌های هیدروکربن را اتم‌های کربن و هیدروژن و پیوندهای کووالانسی بین آن‌ها تشکیل داده است. این مواد می‌توانند مولکول‌های کوچکی داشته باشند (مانند الکل‌ها) و حتی می‌توانند درشت مولکول‌های آلی مانند ترکیبات پلیمری مانند چدن را تشکیل دهند.

هیدروکربن‌ها در شاخه شیمی آلی بررسی می‌شوند و به مولکول‌هایی که از اتم‌های کربن و هیدروژن تشکیل شده‌اند، مولکول‌های آلی گفته می‌شود. در ادامه برخی از هیدروکربن‌ها به همراه فرمول شیمیایی آن‌ها معرفی شده است.

سایر مثال‌های ماده مولکولی

بسیاری از مواد موجود در اطراف ما، ترکیبات مولکولی هستند. در ادامه، فرمول شیمیایی و نام برخی دیگر از مواد مولکولی آشنا معرفی شده است.

یادگیری شیمی دهم با فرادرس

برای درک بهتر مفهوم مواد مولکولی و خاصیت‌های آن‌ها نیاز است ابتدا با برخی از مفاهیم مانند انواع ماده، اجزای سازنده ترکیبات و انواع پیوندهای مواد آشنا شویم. همچنین، شناسایی اجزای اتم و آرایش الکترونی عناصر به شناخت ساختار این مواد کمک خواهد کرد. پیشنهاد می‌کنیم برای شناسایی بهتر این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه دهم بخش شیمی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مفاهیم می‌پردازد.

همچنین با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه مواد مولکولی دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم رشته علوم تجربی و ریاضی و فیزیک فرادرس
• فیلم آموزش شیمی ۲ پایه یازدهم حل سوالات تشریحی امتحانات نهایی فرادرس
• فیلم آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ مرور و حل مساله فرادرس

ویژگی مواد مولکولی چیست؟

مواد مولکولی عموما نرم هستند و نقطه ذوب و جوش پایینی دارند، قابلیت اشتعال بالایی دارند و سخت‌تر از ترکیبات یونی در آب حل می‌شوند. حالت ماده و ویژگی‌های هر ترکیب، وابستگی شدیدی به نوع پیوندهای شیمیایی اجزای آن دارد. این مواد که گاهی با نام ترکیب مولکولی یا ترکیب کووالانسی نیز شناخته می‌شوند، خواص فیزیکی بسیار متفاوتی را از خود نشان می‌دهند زیرا نیروهای بین مولکولی در آن‌ها می‌تواند از انواع مختلف برهمکنش‌های مختلف باشد.

اما این ترکیبات در برخی از خواص مشترک هستند. برای مثال، نقطه ذوب و نقطه جوش این مواد معمولا نسبت به ترکیبات یونی و فلزی پایین‌تر است زیرا نیروهای بین مولکولی آن‌ها ضعیف‌تر است. همچنین، به دلیل خالص بودن این مواد، رسانایی الکتریکی آن‌ها معمولا کم است. میزان انحلال ترکیبات مولکولی در آب بسته به نوع نیروهای قطبی بین مولکولی آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد. برای مثال، مواد مولکولی دارای پیوندهای قطبی - قطبی یا هیدروژنی در آب حل می‌شوند و موادی که دارای نیروی پراکندگی لاندن هستند در آب حل نمی‌شوند.

در ادامه، خواص مشترک و مهم مواد مولکولی معرفی شده است.

در ادامه هر یک از این ویژگی‌ها را توضیح می‌دهیم.

نقطه ذوب و جوش

این مواد می‌توانند در دمای اتاق یکی از سه حالت مایع، جامد یا گاز را داشته باشند. این مواد از پیوند‌های بین مولکولی ضعیف تشکیل شده‌اند. برای ذوب کردن یا جوشیدن مواد، نیازی به شکستن ترکیبات بین اتم‌های آن‌ها نیست و تنها پیوندها و نیروهای بین مولکولی از بین می‌رود. به همین دلیل است که تغییراتی مانند ذوب و تبخیر و انجماد، تغییرات فیزیکی هستند که در آن‌ها ساختار مولکولی ماده تغییری نمی‌کند.

به دلیل ضعیف بودن و متفاوت بودن نیروهای بین مولکولی در این مواد مختلف، نقطه ذوب آن‌ها بسیار پایین‌تر از نقطه ذوب ترکیبات یونی است. اما این نقاط ذوب در گستره این مواد برای هر ماده می‌تواند مقادیری بسیار متنوع داشته باشد. برای مثال، نقطه ذوب برخی از ترکیبات مولکولی در ادامه آورده شده است.

انحلال در آب

بسیاری از ترکیبات مولکولی نمی‌توانند به راحتی در آب حل شوند. تنها ترکیباتی راحت‌تر در آب حل می‌شوند که بتوانند با آب واکنش شیمیایی دهند یا اینکه بتوانند با مولکول‌های آب پیوند هیدروژنی تشکیل دهند. در واقع، انحلال مواد در آب نیز بسته به نوع نیروهای بین مولکولی است و می‌تواند مقادیر مختلفی داشته باشد. ماده‌ای مانند هیدروکربن‌های آلی بلندزنجیر و روغن‌ها، ترکیباتی بزرگ، ناقطبی و با ساختار مولکولی خاص هستند. اما ترکیبی مانند گلوکز در دماهای بالا می‌تواند محلول‌های اشباع یا فوق‌اشباع نیز تشکیل دهد و در آب حل شود.

حلالیت مواد در آب به میزان قدرت پیوندهای بین مولکولی ماده حل شونده و آب بستگی دارد. نیروهای به وجود آمده بین مولکول حل شونده و آب باید به اندازه‌ای باشد که بتواند بر نیروی پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های آب غلبه کند. برای مثال، ماده مولکولی مانند متان، نیروی کافی برای در هم شکستن پیوند هیدروژنی بین مولکول‌های آب را ندارد. به همین علت متان در آب حل نمی‌شود.

در مقابل، یک ماده معدنی مانند آمونیاک، می‌تواند بر این نیرو غلبه کرده و همچنین، با آب به صورت یونی واکنش دهد. به همین دلیل، ماده مولکولی آمونیاک در آب حل می‌شود. معادله واکنش این ماده با آب به شکل زیر است.

$$NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^- \nonumber$$

حلالیت در حلال‌های آلی

مواد مولکولی آلی و بزرگ معمولا در حلال‌های آلی حل می‌شوند. حلال‌های آلی نیز خود نوعی از مواد مولکولی هستند. مولکول‌های حل شونده مولکولی و حلال آلی می‌توانند با یکدیگر پیوندهای واندروالسی برقرار کرده و باعث انحلال شوند. مواد مولکولی معدنی مانند آمونیاک و کربن دی اکسید نیز بیشتر در محلول‌های غیرالی مانند آب حل می‌شوند.

رسانایی الکتریکی

مواد مولکولی نمی‌توانند به خوبی جریان الکتریکی را از خود عبور دهند و رساناهای خوبی نیستند. رسانایی الکتریکی در نتیجه حرکت آزادانه الکترون‌ها در ساختار ترکیب به وجود می‌آید. اما در تکیبات مولکولی، پیوندها از نوع اشتراکی و کووالانسی هستند و حتی در مواردی که الکترون‌ها ممکن است در یک مولکول خاص جابه‌جا شوند، تماس کافی بین مولکول‌ها برای حرکت آزادنه الکترون‌ها در این مواد وجود ندارد.

در نتیجه این مواد نمی‌توانند به خوبی جریان الکتریکی را از خود عبور دهند.

پیوند در مواد مولکولی

در قسمت‌های قبل آموختیم مواد مولکولی چیست. این مواد موادی هستند که ترکیب مولکول‌ها تشکیل شده‌اند و خالص هستند. در این مولکول‌ها انواع پیوندهای بین اتمی، از نوع کووالانسی بوده و پیوندهای بین مولکولی می‌تواند انواع مختلف هیدروژنی، برهمکنش قطبی و نیروی پراکندگی لاندن را داشته باشد. در ادامه هر یک از این موارد را توضیح می‌دهیم.

پیوند کووالانسی

در مواد مولکولی، پیوند بین اتم‌ها از نوع کووالانسی است. این پیوند، با به اشتراک گذاشته شدن الکترون بین دو اتم به وجود می‌آید. پیوند کووالانسی معمولا بین دو عنصر که هر دو نافلز هستند تشکیل می‌شود. برای مثال، اتم‌های هیدروژن و اکسیژن، با به اشتراک گذاشتن الکترون‌ها، ترکیب ماده مولکولی آب را تشکیل می‌دهند.

پیوند کووالانسی پیوندی بسیار قوی است و به سختی شکسته می‌شود. دلیل پایین‌تر بودن نقطه ذوب و جوش این مواد به پیوند بین مولکول‌ها (و نه پیوند کووالانسی بین اتم ها) مربوط است. پیوند کووالانسی بین عناصر شبه‌فلزی و نافلزی نیز می‌تواند تشکیل شود. این پیوندهای کووالانسی تشکیل شده می‌تواند از نوع یگانه، دوگانه یا سه‌گانه باشد.

انواع پیوند کووالانسی

پیوندهای کووالانسی مواد مولکولی که با به اشتراک‌گذاری الکترون‌های ظرفیت بین دو اتم نافلزی تشکیل می‌شود، می‌تواند از نوع کووالانسی قطبی یا کووالانسی غیرقطبی باشد. مواد مولکولی قطبی مانند آب، پیوندهایی دارند که در آن‌ها توزیع الکترونی در سراسر پیوند یکنواخت نیست و به یکی از از اتم‌ها که الکترونگایتیو بیشتری دارد، مایل دارد.

برای مثال، آب یک ماده مولکولی قطبی است که در آن چگالی الکترون در اطراف اتم‌های الکترونگاتیو اکسیژن بیشتر است. این نوع پیوند بسیاری از رفتارهای مواد را تعیین می‌کند. برای مثال، جهت گیری در میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی از ویژگی‌های مواد مولکولی قطبی است.

مواد مولکولی غیرقطبی، مواد مولکولی هستند که در آن‌ها چگالی الکترون‌ها در سرتاسر مولکول یکنواخت است. این ترکیبات، در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی جهت‌گیری نکرده و کمتر در آب حل می‌شوند. ترکیباتی مانند هیدروکربن‌های بلندزنجیر، آمونیاک، کربن دی اکسید و ... از این نوع این مواد هستند. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر نوع برهمکنش‌ها و خواص مواد مولکولی غیرقطبی و تفاوت آن‌ها با مواد مولکولی قطبی، مطلب قطبیت چیست را مطالعه کنید.

دلیل به اشتراک گذاری الکترون در مواد مولکولی

این مواد معمولا از عناصر غیرفلزی تشکیل شده‌اند. این عنصر، با یه اشتراک گذاشتن الکترون‌های ظرفیت، می‌توانند به آرایش هشتایی اوکتت رسیده و پایدار شوند. به دلیل پایداری بیشتر عناصر در حالت ترکیب است که بسیاری از عناصر بیشتر به فرم ترکیبات مولکولی یا یونی در طبیعت یافت می‌شوند.

نیروهای بین مولکولی

مولکول‌های موجود در این مواد به وسیله نیروهای بین مولکولی به هم متصل می‌شوند. این پیوندهای مولکولی معمولا به دلیل نیروهای جاذبه الکترواستاتیک لحظه‌ای بین مولکول‌ها تشکیل می‌شوند و انواع مختلفی دارند. این انواع، نیروهای واندروالسی، نیروی لاندن و پیوند هیدروژنی هستند. در ادامه هر یک از این موارد را توضیح می‌دهیم.

برهمکنش دوقطبی - دوقطبی

برهمکنش دوقطبی - دوقطبی زمانی اتفاق می‌افتد که قسمت جزئی مثبت مولکول با قسمت جزئی منفی مولکول مجاور خود برهمکنشی از نوع جاذبه برقرار می‌کند. این نوع برهمکنش به ویژه در مواد قطبی مانند اسید کلریدریک رایج است. برهمکنش دوقطبی - دوقطبی از وی‌ترین نوعنیروهای بین مولکولی است.

پیوند هیدروژنی

پیوند هیدروژنی، نوعی برهمکنش دوقطبی دوقطبی است که به طور ویژه بین اتم هیدروژن و یک اتم دیگر اتفاق می‌افتد. این اتم دیگر می‌تواند اکسیژن، نیتروژن، فلوئور یا یک مولکول دیگر باشد. در این نوع پیوند، هیدروژن که باز جزئی مثبت دارد توسط بار جزئی منفی اتم یا مولکول دیگر جذب می‌شود. این نوع نیروی بین مولکولی بسیار قوی است و نیروی زیادی برای شکستن آن نیاز است. برای مثال، در بین مولکول‌های آب پیوند هیدروژنی وجود دارد و این خود دلیل برای بالا بودن نقطه جوش این ماده است.

نیروی پراکندگی لاندن

این نوع برهمکنش یکی از ضعیف‌ترین نیروهای بین مولکولی است. این نوع نیروی بین مولکولی می‌تواند بین این مواد، یونی، قطبی و غیر قطبی شکل بگیرد. این نوع برهمکنش به دلیل توزیع الکترون بین اتم‌های مولکول‌های مختلف حتی غیر قطبی، می‌تواند دو قطبی‌های لحظه‌ای ایجاد کند که بسایر ضعیف هستند و به راحتی شکسته می‌شوند. هرچه تعداد الکترون‌های یک مولکول بیشتر باشد، نیروی پراکندگی لاندن بین آن مولکول‌ها قوی‌تر خواهد بود.

برای مثال، مولکول دو اتمی برم از مولکول دو اتمی کلر الکترون‌های بیشتری دارد و به همین دلیل نیروی پراکنگی لاندن در آن بیشتر بوده و نقطه جوش بالاتری دارد. پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر پیوندهای بین ملوکولی، نوع مولکول‌ها و ارتباط این پیوندها با حلالیت مواد، فیلم آموزش شیمی آلی ۱ فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

انواع مواد مولکولی

مواد مولکولی معمولا بر اساس اندازه مولکول به دو دسته ریزمولکول‌ها و درشت مولکول‌ها تقسیم می‌شوند. از ریز مولکول‌ها می‌توان به موادی مانند گازها، آب، بسیاری از ترکیبات محلول در آب مانند شکر و ... اشاره کرد. این مواد با مولکول‌های کوچک معمولا با نام مواد مولکولی ساده نیز شناخته می‌شوند. مواد مولکولی درشت مولکول ترکیباتی مانند پلیمرها، DNA، پروتئین‌ها و ... هستند. در ادامه هر یک از این موارد را معرفی می‌کنیم.

اندازه مواد مولکولی

بسیاری از مولکول‌ها معمولا کوچک‌تر از آن هستند که بتوان آن‌ها را با چشم غیرمسلح مشاهده کرد. با این وجود، مولکول‌های برخی از پلیمرها می‌تواند به اندازه مقیاس ماکروسکوپیک رشد کند. برای مثال، برخی از مولکول‌های بیوپلیمرها مانند DNA از این موارد هستند. مولکول‌ها می‌توانند اندازه‌ای بین چند آنگستروم تا یک میلیاردیوم متر داشته باشند.

مولکول‌های تک را نمی‌توان با استفاده از نور مشاهده کرد اما مولکول‌های کوچک و حتی مرز و حدود اندازه مولکول‌های تکی را می‌توان تحت شرایط خاصی با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مشاهده کرد. بدین ترتیب ترکیبات مولکولی را می‌توان به دو دسته ریز مولکول‌ها و درشت مولکول‌ها دسته بندی کرد.

مواد مولکولی با اندازه کوچک

برخی از مواد مولکولی از تعداد بسیار کمی اتم با اندازه‌های بسیار کوچک تشکیل شده‌اند. برای مثال، کوچک‌ترین ماده مولکولی شناخته شده، مولکول دو اتمی هیدروژن است که از دو اتم تکی هیدروژن تشکیل شده و اندازه پیوند آن برابر با ۰٫۷۴ آنگستروم است.

مواد مولکولی با اندازه درشت

مواد مولکولی با اندازه درشت، موادی هستند که مولکول‌هایی بسیار بزرگ‌ دارند. برای مثال، پلیمرها، موادی هستند که از اتصال تعداد زیادی مولکول‌های کوچک تشکیل شده‌اند و مولکول‌هایی واحد را تشکیل داده‌اند. این مولکول‌های درشت از اتصال مولکول‌های کوچک با پیوندهای کووالانسی تشکیل می‌شوند. چند مولکول پروتئین یا پلیمر می‌توانند به وسیله نیروهای بین مولکولی به هم متصل شوند. برخی از بزرگ‌ترین مولکول‌های شناخته شده ماکرومولکول‌ها (درشت ممولکول) هستند.

ماکرومولکول ها

ماکرومولکول‌ها مواد مولکولی هستند که جرم مولکولی بالایی دارند و می‌توانند از چند واحد تکرار شونده (مانند پلیمرها) تشکیل شده باشند. ماکرومولکول‌های رایج مواردی مانند پلیمرهای زیستی (نوکلئیک اسیدها، پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها)، پلی‌اولفین‌ها (مانند پلی‌اتیلن) و پلی‌آمیدها (مانند نایلون) هستند.

شکل مولکول ها

این مواد می‌توانند از به هم پیوستن تنها دو اتم یکسان به وجود آمده و موادی مانند اکسیژن را تشکیل دهند. همچنین می‌توانند از به هم پیوستن هزاران واحد مولکولی کوچکتر به شکل پیچیده‌ای، ساختارهایی مانند DNA را خلق کنند.

شکل مولکول‌های مختلف می‌تواند بسته به ساختار اتمی آن‌ها و واحدهای مولکولی تکرار شونده مشخص شود. این ساختار نیز بسته به نوع تشکیل مولکول، شرایط تشکیل مولکول و ساختار هر یک از اتم‌ها تعیین می‌شود. برای مثال، ماده‌ای مانند الماس با تشکیل ساختاری کریستاری و کاملا منظم از اتم‌های کربن به شکل ۴ وجهی از گرافیت لایه‌ای متفاوت است.

پیشنهاد می‌کنیم برای یادگیری بهتر در مورد روش تعیین ساختار مواد مختلف در فضا و رسم شکل فضایی آن ها، مطلب شکل مولکول‌ها در مجله فرادرس را مطالعه کنید.

نوع مولکول ها

مواد مولکولی می‌توانند بر اساس نوع اتم‌هایی که در مولکول آن‌ها وجود دارد نیز دسته بندی شوند. بدین ترتیب این مواد می‌توانند از نوع آلی یا معدنی باشند. برای مثال، ماده آب یا گوگرد دی اکسید، از نوع معدنی و موادی مانند متانول، متان و کربن دی اکسید از نوع آلی هستند. در ادامه این نوع مواد را بیشتر توضیح می‌دهیم.

مواد مولکولی آلی

مواد مولکولی آلی موادی هستند که از کربن و هیدروژن تشکیل شده‌ باشند، خالص باشند و اتم‌های آن‌ها به وسیله پیوندهالی کووالانسی به هم متصل شده باشند. این مواد آلی می‌توانند انواع مختلفی داشته باشند. برای مثال، این مواد می‌توانند به سادگی متان یا اتان بوده یا اینکه ترکیبات پیچیده و بزرگ پلیمری را تشکیل دهند.

مواد آلی بسیار متنوع و گسترده هستند و اکثرا در حلال‌های آلی حل می‌شوند. این مواد بسیار مهم هستند و پایه بسیاری از تولیدات و صنایع را تشکیل می‌دهند. هیدروکربن‌ها، نامی است که برای ترکیبات کربن و هیدروژن انتخاب شده است که به صورت جداگانه در دسته بندی مواد آلی بررسی و مطالعه می‌شوند. در ادامه برخی از مواد مولکولی آلی معرفی شده‌اند.

مواد مولکولی غیرآلی

مواد مولکولی معدنی موادی هستند که ساختار عمده آن‌ها را کربن و هیدروژن تشکیل نداده باشد. همچنین، اتم‌های ان مواد باید نافلز بوده و با استفاده از پیوند کووالانسی به هم متصل شده باشند. برای مثال، آمونیاک یکی از این مواد غیرآلی است که از اتصال غیر فلز نیتروژن به سه اتم هیدروژن تشکیل شده است.

برخی دیگر از مواد مولکولی غیرآلی در ادامه معرفی شده است.

نام گذاری مواد مولکولی

برای نام‌گذاری این مواد معمولا از نام عناصر و نام اعداد یونانی استفاده می‌شود. بیشتر ترکیبات مولکولی دوتایی (که از دو نوع عنصر تشکیل شده‌اند) به این شکل نام‌‌گذاری می‌شوند. اعداد استفاده شده برای استفاده در نام‌گذاری ترکیبات مولکولی به شکل زیر است.

در ادامه قوانین نام گذاری مواد مولکولی دوتایی را بررسی می‌کنیم.

معمولا عنصری که الکترونگلاتیوی کمتری دارد ابتدا در فرمول شمیایی نوشته و خوانده می‌شود. مگر اینکه در ترکیب کربن و هیدروژن داشته باشیم. در این موارد کربن معمولا در ابتدا فرمول نوشته شده و هیدروژن در دومین جایگاه نوشته می‌شود. برای مثال فرمول شیمیایی متانول و آمونیاک به شکل‌های زیر است.

متانول: $$CH_3OH$$

آمونیاک:$$NH_3$$

معمولا، ترتیب نافلزات برای نوشته شدن در فرمول شیمیایی مواد مولکولی از چپ به راست به شکل زیر است.

C, P, N, H, S, I, Br, Cl, O

اکسیژن، کلر، برم، ید، گوگرد، هیدروژن، نیتروژن، فسفر، کربن

برای نام‌گذاری این مواد، ابتدا تعداد و نام عنصری که ابتدای فرمول شمیایی نوشته شده آورده شده و سپس تعداد و نام ترکیب دوم با پیوند «-ید» نوشته می‌شود. در ادامه نام و فرمول شیمیایی برخی از مواد مولکولی آورده شده است.

تفاوت عنصر و مواد مولکولی چیست؟

عنصر، یکی از کوچک‌ترین اجرای سازنده ماده است که با نام اتم نیز شناخته می‌شود. عناصر شناخته شده در جدول تناوبی عناصر با عدد اتمی و جرمی مشخص مرتب شده‌اند. از ترکیب عناصر مختلف، مولکول‌ها به وجود می‌آیند. مولکول‌ها می‌توانند دواتمی جور هسته یا ناجورهسته و چند اتمی جورهسته یا ناجور هسته باشند.

این مولکول‌ها بسته به پیوند شیمیایی بین اتم‌های آن‌ها می‌توانند به فرم ترکیب مولکولی، ترکیب یونی یا ترکیب فلزی و کمپلکس باشند. در واقع می‌توان گفت مواد مولکولی از عناصر تشکیل شده‌اند و عناصر، اعضای تشکیل دهنده مواد مولکولی هستند.

فرق مولکول و ترکیب

یک مولکول گروهی از دو یا چند اتم است که در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. این اتم‌ها به وسیله پیوندهای شیمیایی کووالانسی یا یونی به هم متصل می‌شوند و نوع پیوند بسته به آرایش الکترونی اتم‌ها و میزان فعالیت و الکترون‌خواهی آن‌ها متفاوت است. ترکیب شیمیایی، به مولکول‌هایی گفته می‌شود که به هم متصل شده‌اند.

با این حال، تعریف‌های مختلفی برای مولکول و ترکیب وجود دارد. برای مثال، برخی مولکول را به مواد تک اتمی گازی مانند گازهای نجیب نیز نسبت می‌دهند. معمولا اتم‌ها و ترکیبات کمپلکسی که با استفاده از برهمکنش‌های غیرکووالانسی مانند پیوند هیدروژنی یا پیوند یونی به هم متصل شده‌اند را ماده مولکولی به شمار نمی‌آورند.

همچنین، ترکیب شیمیایی معمولا به عنوان ماده‌ای تعریف می‌شود که از دو یا چند اتم مختلف تشکیل شده‌ باشد که این اتم‌ها همواره با نسبتی ثابت و معین وجود دارند. در واقع اگر ترکیبات به صورت خالص و تکی وجود داشته باشند (مانند کربن دی اکسید و آب) می‌توان آن‌ها را مواد مولکولی به شمار آورد.

تفاوت مواد مولکولی و یونی

در قسمت‌های قبل این مطلب از مجله فرادرس آموختیم مفهوم مواد مولکولی چیست. این مواد مواد خالصی هستند که از اتصال مولکول‌ها به وجود آمده‌اند. این مواد عموما از ترکیبات غیرفلزی تشکیل شده‌اند. در مقابل، ترکیبات یونی ترکیباتی هستند که از اتصال مولکول‌های یونی تشکیل شده باشند. در این ترکیبات، از اتصال یک فلز و نافلز با استفاده از پیوند یونی، مولکول یونی تشکیل شده و با اتصال این مولکول‌ها به یکدیگر ماده یونی تشکیل می‌شود.

ترکیبات یونی عموما نقطه ذوب و جوش بالایی دارند و سخت‌تر هستند. ترکیبات یونی در نتیجه انتقال الکترون بین اتم‌ها و تشکیل یون مثبت (کاتیون و یون منفی (آنیون) تشکیل می‌شوند. این یون‌ها سپس یکدیگر را جذب کرده و یک ترکیب یونی مانند سدیم کلرید را تشکیل می‌دهند. در جدول زیر، تفاوت‌های عمده این مواد و مواد یونی معرفی شده است.