material / материаловеденье-1 / 4

4.Типы связей: ионная, ковалентная, Ван-дер-Ваальса, металлическая. Их особенности и влияние на свойства кристаллов.

Существуют 4 типа связи атомов в веществе:

1 – ионная (галоидно-водородные соединения типа НСl, галоидные соединения щелочных металлов NaCl, окислы и т.п.), взаимодействие двух противоположно заряженных составных частей сводится к электростатическому их притяжению, силы взаимодействия между ними являются в основном электростатическими (кулоновскими), такая связь называется гетерополярной;

2 – ковалентная (СН₄, алмаз, графит, кремний, германий), характеризуется направленностью и жесткостью, наблюдается в кристаллах неметаллических элементов, валентные электроны одновременно принадлежат к двум соседним атомам, причем каждый атом стремится иметь максимальное число соседей, отдавая для связи с ним один из неспаренных электронов, связь гомеополярная;

3 - металлическая, в узлах кристаллической решетки расположены положительные ионы металла, между ними беспорядочно, подобно молекулам газа, движутся электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ионов, связь ненаправленная и нежесткая, т.к. свободные электроны не принадлежат определенному атому и распределены равномерно, отсюда и высокая пластичность металлов;

4 – Ван-дер-Ваальсова, когда в узлах кристаллической решетки помещаются определенным образом ориентированные молекулы, силы связи между молекулами описываются законом Ван-дер-Ваальса (Ar, Н₂, О₂, СО₂, Н₂0).

Для переходных металлов характерна смешанная связь – металлическая и ковалентная. Чем больше ковалентная связь, тем хуже металлические свойства, пластичность металлов и электропроводность уменьшаются.

Ковалентная связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов с близкими ионизационными потенциалами. В чистом виде ковалентная связь реализуется при взаимодействии элементов с наполовину заполненными электронными оболочками. H₂ ,C, Si, Ge, Sn. Соседние атомы обмениваются электронами.

Появление между положительно заряженными ионами пары отрицательно заряженных электронов приводит к тому, что оба иона притягиваются к обобществленным электронам и, тем самым, притягиваются друг к другу. Каждый атом взаимодействует с ограниченным числом соседей, причем число соседей равно числу валентных электронов атома. Следовательно, ковалентная связь насыщенна. Кроме того, атом взаимодействует только с теми соседями, с которыми он обменялся электронами, то есть ковалентная связь имеет направление.

Ионная связь образуется при взаимодействии атомов с малым количеством валентных электронов и атомов с большим количеством электронов на валентных оболочках. При этом наружные электроны атомов с низкими потенциалами ионизации переходят на валентные оболочки атомов с высокими ионизационными потенциалами. Ионная связь ненасыщенна, поскольку каждый из отрицательно заряженных ионов притягивает к себе положительно заряженные, а каждый из положительно заряженных ионов притягивает к себе все отрицательно заряженные. Однако ионная связь направлена, поскольку ион притягивает к себе разноименно заряженные ионы и отталкивает одноименно заряженные.

Уменьшение размера иона и увеличение его заряда ведет к росту энергии связи, а следовательно, к росту температуру плавления материала, уменьшению коэффициента теплового расширения и к увеличению модуля упругости.

Металлическая связь образуется между атомами одного или нескольких химических элементов, у которых валентные электронные оболочки застроены меньше чем на половину. Поскольку энергия иона минимальна при полностью заполненной внешней оболочке, атомы отдают внешние валентные электроны и превращаются в положительно заряженные ионы, между которыми находятся свободные электроны (электронный газ).

Металлическая связь не имеет направления и ненасыщенна. Кристаллические решетки металлов упакованы плотно.

Связь Ван-дер-Ваальса образуется при сближении молекул или атомов инертных газов и заключается в их связи между собой за счет постоянных или взаимно созданных дипольных моментов.

1. Типы металлических связей в твёрдых телах. Энергия межатомных связей: ионная, ковалентная, металлическая. Ковалентная связь образуется м/у атомами 1 или нескольких хим элементов с близкими ионизационными . Появление между положительно заряженными ионами пары отрицательно заряженных электронов приводит к тому, что оба иона притягиваются к обобществленным электронам и, тем самым, притягиваются друг к другу.  атом взаимодействует с ограниченным числом соседей, причем число соседей = числу валентных е атома  КС насыщенна. Атом взаимодействует тлк с теми соседями, с кот он обменялся е- т. е, КС направлена. Ионная связь образуется при взаимодействии атомов с малым количеством валентных е и атомов с большим количеством е на валентных оболочках. При этом наружные е атомов с низкими  ионизации переходят на валентные оболочки атомов с высокими ионизационными . В результате образуются «+» и «-» заряженные ионы, взаимно притягивающиеся электростатическими силами. ИС ненасыщенна, т.к  из «-» заряженных ионов притягивает к себе «+» заряженные, а  из «+» заряженных ионов притягивает к себе все «-» заряженные. ИС направлена, т.к. ион притягивает к себе разноименно заряженные ионы и отталкивает одноименно заряженные.  размера иона и увеличение его q ведет к  энергии связи   tПЛ материала,  коэффициента теплового расширения и к  модуля упругости. Металлическая связь образуется м/у атомами 1 или нескольких химических элементов, у которых валентные электронные оболочки застроены меньше чем на половину. Поскольку энергия иона min при полностью заполненной внешней оболочке, атомы отдают внешние валентные t и превращаются в «+» заряженные ионы, м/у кот находятся свободные е (электронный газ).  из «+» заряженных ионов притягивается к свободным е, и, тем самым, ионы притягиваются друг к другу. МС ненаправленная и ненасыщенна.