Молекулярные кристаллы представляют собой кристаллические вещества, структура которых формируется за счёт взаимодействия отдельных молекул, удерживаемых вместе в кристалле слабыми межмолекулярными силами. В отличие от ионных или металлических кристаллов, в молекулярных кристаллах отсутствует плотная сеть ковалентных или ионных связей между всеми составляющими частицами кристалла. Основу структуры составляют отдельные молекулы, расположенные в узлах кристаллической решётки, а связь между ними обеспечивается слабым взаимодействием.
Ван-дер-Ваальсовы силы Возникают вследствие мгновенных и индуцированных дипольных моментов в молекулах. Обеспечивают удержание неполярных молекул, например в инертных газах (аргон, неон) и органических соединениях типа йода или бензола.
Диполь–дипольные взаимодействия Присущи полярным молекулам, обладающим постоянным дипольным моментом. Эти взаимодействия направлены и обладают большей энергией по сравнению с ван-дер-Ваальсовыми силами. Пример — молекулы HCl, HCN.
Водородная связь Частный случай полярного взаимодействия, возникающий между водородом, связанным с сильно электроотрицательным атомом (O, N, F), и другим электроотрицательным атомом в соседней молекуле. Пример: молекулы воды (H₂O), аммиака (NH₃), фтористоводородной кислоты (HF). Водородная связь значительно повышает температуру плавления и кипения молекулярных кристаллов.
Диполь–индуцированный диполь и индуцированный диполь–индуцированный диполь Проявляются, когда полярная молекула индуцирует диполь в неполярной молекуле. Энергия этих взаимодействий невелика, но достаточна для формирования устойчивой кристаллической решётки в мягких веществах.
Примеры структурных типов:
Температуры плавления и кипения Низкие по сравнению с ионными и металлическими кристаллами, так как межмолекулярные силы слабы. Например, твердое CO₂ (сухой лёд) сублимирует при −78,5 °C.
Мягкость и хрупкость Молекулярные кристаллы обычно мягкие и хрупкие. При механическом воздействии легко разрушаются, поскольку смещения молекул требуют преодоления только слабых взаимодействий.
Электропроводность Почти отсутствует, так как в кристалле нет свободных электронов или ионов для переноса заряда.
Растворимость Хорошо растворимы в неполярных или полярных растворителях в зависимости от характера молекул (полярные молекулы — в полярных растворителях, неполярные — в неполярных).
Эти вещества демонстрируют широкий диапазон физических свойств, определяемых типом межмолекулярных взаимодействий и симметрией кристаллической решётки.
Молекулярные кристаллы характеризуются относительно низкой энтальпией плавления и испарения. Энергия их кристаллизации складывается из суммы слабых межмолекулярных взаимодействий. При нагревании молекулы получают достаточно энергии для преодоления этих сил, что объясняет низкие температуры фазовых переходов.
Строение молекулярных кристаллов определяется формой и полярностью молекул. Линейные и симметричные молекулы склонны к более плотной упаковке, тогда как сложные, асимметричные молекулы формируют менее плотные решётки с анизотропными свойствами.
Эти закономерности важны при прогнозировании физических свойств и применении молекулярных кристаллов в криогенной технике, органическом синтезе и материаловедении.