3.Материалдарды зерттеуде қандай байланыстар негізгі байланыстар болады және қатты денелерде қандай құрылымдық байланыстар бар?

Атомдардың бір-біріне бірнеше нанометр(1нм=10^-9 м) қашықтыққа дейін жақындауы кезінде,олардың арасында әрекеттесу күштері пайда болады.Егер бұл күштер тартылыс күштері болса,онда атомдар тұрақты химиялық байланыс түзе отырып,энергия бөлінісімен бір-бірімен байланыса алады. Бұл ретте атомдардың ішкі және сыртқы қабықшасындағы электрондар түрліше қозғалады. Толығымен толтырылған ішкі қабықшаның электрондары ядромен берік байланысқан және химиялық байланыстардың түзілуіне қатыспайды. Электрондармен толықтай толтырылмаған сыртқы қабықшаның құрылымын ,түзілген байланыстағы атомдардың химиялық қасиеттері анықтайды. Сыртқы қабықшада орналасқан электрондар валенттік болып табылады. Атомның валенттігі осы электрондар санымен анықталады.Табиғатта бар барлық материалдардың алуантүрлілігі химиялық байланыстың бірнеше түрлерімен сипатталады.Олар: коваленттік,иондық,металдық,молекулалық байланыстар.

1)Коваленттік (гомеополярлы)байланыс. Бұл байланыс кезінде атомдардың молекулаға бірігуі жұп атомдарға ортақ болатын электрондар есебінен жүреді.Теріс зарядталған электрондық бұлттың тығыздығы оң зарядталған иондар арасында ең үлкен болады. Ион аралық кеңістікте жоғары тығыздықты электрондық зарядтың күйінің шығуы атомдар арасында тартылыс күшінің пайда болуына әкеледі. Коваленттік байланыс әрі органикалық әрі органикалық емес байланыстарға да тән. Коваленттік байланысы бар органикалық емес заттарға алмаз,кремний,герамний,галлий арсениді(GaAs),кремний карбиді(SiC) және жартылайөткізгіштер жатады.Көптеген жартылайөткізгіштер әр атомы өзіне жақын көршілерімен 4 байланыс түзетін,алмаз құрылымда кристаллизацияланады. Органикалық емес материалдарда коваленттік байланыс жоғары беріктікпен сипатталады. Бұған дәлел ретінде алмаздың,кремнийдің және т.б. балқу температурасы мен жоғары қаттылығын айтуға болады.

2)Иондық(гетерополярлы)байланыс. Иондық кристалдар кезектесіп орналасқан оң және теріс иондардан тұрады. Олар бір элемент атомдарындағы электрондардың басқа элемент атомына ауысу нәтижесінде түзіледі. Мұндай иондар мысалы, сілтілі элементтердің галогендермен өзара байланысы кезінде түзіледі. Металдар химиялық әрекеттесуде валенттік электрондарын беріп, оң зарядты иондарға (катиондарға): Na⁰ – e = Na⁺ . Бейметалдар электрондар қосып алып, теріс зарядты иондарға (аниондарға) айналады: Cl⁰ + e = Cl^-. Әр аттас зарядты иондар бірін-бірі тартып молекула құрайды: Нәтижесінде әраттас зарядталған атомдардың бір-біріне электростатикалық тартылысы түзіледі.Иондық кристаллдың торында түрлі сорттағы иондар алмасып отырады. Атомның иондық химиялық байланыс түзілуі кезінде электронды қосып алу қабілеті электртерістілік деп аталады. Химиялық байланыс түзілуіне қатысатын атомдардың электртерістілігі көп болған сайын,байланыстың иондық деңгейі де көбейеді. Иондық байланыстағы қатты кристалды денелердің электрөткізгіштігі температураның өсуімен күрт артады.

3)Металлдық байланыс. Металдық кристалдардағы байланыс периодты түрде орналасқан оң иондар мен кристалдың барлық көлемінде еркін қозғалатын топтасқан валенттік электрондардың өзара әсерлесуінен түзіледі. Металдарда барлық көршілермен екі электрондық коваленттік байланыс түзуге қажетті атомның валенттік электрондарының саны жеткіліксіз. Мысалы: литий (Li) кристалында әрбір атомның сегіз жақын көршісі бар. Ал бұлардың барлығымен екі электрондық байланыс түзу үшін литий атомының бір емес, сегіз валенттік электроны болуы керек. Сонымен металдық кристалдарда (иондық және коваленттік кристалдардан өзгешелегі) валенттік электрондардың аз ғана мөлшері көптеген оң иондарды байланыстырады. Металдарға жоғары электрөткізгіштік пен жылу өткізгіштік және пластикалық қасиеттер тән.

4)Молекулалық байланыс. Молекулалық кристалдардағы байланыс Ван-дер-Ваальстың тартылыс күштерімен жүзеге асады. Бұл күштердің табиғаты кванттық механикада қарастырылады. Молекулааралық Ван-дер-Ваальс күштері химиялық күштердің әлсізі (молекулалық кристалдардың байланыс энергиясы бір молекулаға 0,1 эВ шамасында), бірақ олар біршама алыс қашықтықтардан әсер етеді. Молекулалық кристалдарда тор түйіндерінде бейтарап молекулалар орналасады. Молекулалық кристалдарды қатты күйге өткен сутегі, хлор, көміртегінің екі оксиді, сонымен бірге көптеген органикалық заттар түзейді.Инертті атомдардың түзетін кристалдары да молекулалыққа жатады, себебі олардағы байланыс молекулалық кристалдардағы сипатқа ие болады.Молекулалық кристалдардың балқу температурасы төмен және сығылғыштығы жоғары. Бұл Ван-дер-Вальс күшіне тән әлсіз байланысқа негізделген.

5) Сутектік байланыс .Ван-дер-Ваальс байланысынан күштірек, бірақ коваленттік байланысқа қарағанда әлсіздеу. Ол сутегі электроны бір атоммен,ал қалған протон басқа атоммен байланыс түзейтіндігінен туындайды.Нәтижесінде сутегі атомы, сутегі электроны тек бір коваленттік

байланысқа қатыса алатындығына қарамастан, екі атоммен байланысқа түседі. Сутектік байланыс сутегі және F, O, N, C, Cl, S электрлік терісэлементтерден тұратын жүйелерде түзіледі. Сутектік байланыс органикалық кристалдарда, ақуыздарда, тірі ағзаларда көрініс табады.