Әртүрлі байланыс түрлерін салыстыру

Барлық байланыстардың ішіндегі ең көп тарағаны – Ван-дер-Ваальс байланысы болып табылады. Сонымен бірге, ол ең әлсіз байланыс, оның энергиясы . Таза күйінде бұл байланыс ішкі электрондық қабықшалары толтырылған бейтарап атомдар мен молекулалар өзара әсерлескенде байқалады. Ван-дер-Ваальс күштері инертті газдардың, сутегі, оттегі, азот және көптеген органикалық, бейорганикалық қосылыстардың сұйық және қатты күйде болуын, валенттік молекулалық кристалдардың үлкен тобының байланысын қамтамасыз етеді. Ван-дер-Ваальс байланысының энергиясы өте аз, ол орнықты емес, сондықтан оған негізделген барлық құрылымдар тез ұшып кетеді және қайнау нүктесі төмен болады.

Бейорганикалық қосылыстар арасында кең тараған химиялық байланыс – иондық байланыс. Оған металдармен галоидтардың қосылыстары, металл окистерінің, сульфидтердің және басқа да полярлы қосылыстар жатады. Сонымен қоса, иондық байланыс көптеген интерметалдық (карбидтер, селенидтер, нитридтер және т.б.) қосылыстарға тән. Иондық байланыс энергиясы Ван-дер-ваальс энергиясынан біршама жоғары және жуық шамамен Дж/моль-ге жетеді. Сондықтан, иондық байланыстағы қатты денелердің сублимация жылуы мен балқу нүктесі жоғары.

Валенттік байланыс органикалық қосылыстарда кеңірек тараған, бірақ та бейорганикалық қосылыстарда, кейбір металдарда және көптеген интерметалдық қосылыстарда кездеседі. Бұл байланыстың нәтижесінде алмаз, германий және т.б сияқты валенттік кристалдар пайда болады. Коваленттік байланыс энергиясы да жоғары (~10⁶ Дж/моль), оны балқу температурасының жоғары мен осы байланыспен құрылған денелердің сублимация жылуының көп болуы көрсетеді.

Валенттік электрондардың бірігуі нәтижесінде пайда болатын металдық байланыс металдар мен интерметалдық қосылыстарға тән. Бұл байланыстардың энергиясы валенттік байланыс энергиясынан бір дәрежеге артық.

Сонымен, сутектің байланыс басқа байланыстармен салыстырғанда әлсіз болғанымен, табиғатта ең басты орында тұрады.

Қорыта айтқанда, қарастырылған байланыстар нақты қатты денелерде таза күйінде тіпті кездеспейді десе де болады. Әрқашан да, екі және бірнеше байланыстар бірге кездеседі. Олардың біреуі денелердің құрылымы мен қасиетін анықтауда басты орында тұрады.

Тебіліс күштері

Атомдар немесе молекулалардың өзара әсерлесулері нәтижесінде пайда болатын орнықты жүйе құру үшін, тартылыс күші, сонымен қоса олардың бір-біріне өте жақындап кетуімен, толығымен қосылуын болдырмау үшін тебіліс күші де қажет.

Тебіліс күші ең алдымен, оң зарядтар жинақталған ядролардың өзара әсерлесулерінен пайда болады. Бұл өзара әсерлесу энергиясы ядролардың ара қашықтықтары мен электрондық қабықшаларының экрандалу дәрежесіне байланысты. Кванттық механикалық есептеулер оның мынаған тең екендігін көрсетті:

(1.14)

мұндағы - ядролардың ара қашықтықтары, ал - бірінші Бор орбитасының радиусы. Мұндай тәуелділік тебіліс күшінің сипатын анықтайды: ара қашықтықтар аз болғанда, ол өте үлкен мәнге жетеді және артқанда бірден кемиді. Мысалы, протон мен сутегі атомы арасындағы қашықтық -дан -ге (төрт есе) кемігенде, тебіліс энергиясы шамамен 300 есе артады.

Ядролардың өзара әсерлесулеріне негізделген тебіліс күштері жеңіл атомдардың жақындауында маңызды орын алады. Басқа барлық жағдайларда жақындаған атомдардың толтырылған электрондық қабықшаларының бір-бірімен жабылуынан пайда болатын тебіліс күштері болады. Мысал ретінде, толтырылған қабықшасы бар хлор ионы мен толтырылған қабықшасы бар натрий ионының өзара әсерлесулерін қарастырайық. Олар және қабықшалары бірін-бірі жабатындай ара қашықтыққа жақындағанда, ол қабықшалардың әрқайсысындағы электрондар саны Паули принципі қажет ететін мөлшерден асып кетеді. Сондықтан, электрондардың біраз бөлігінің жоғарырақ энергетикалық деңгейлерге (мысалы, немесе ) өтулері керек. Бұл жүйенің энергиясының артуына байланысты, ал ол тебіліс күштерінің пайда болуына алып келеді. Кванттық механикалық есептеулер мұндай тебіліс энергиясының ара қашықтыққа байланысты мына түрде азаятынын көрсетеді:

(1.15)

мұндағы - кәдімгі тәжірибе барысында анықталатын тұрақты.

Көбінесе тебіліс энергиясын (1.7) теңдеумен өрнектейді. Оның тәжірибемен дәл келмеуіне қарамастан, көптеген зерттеулерде кең қолданылады.