§ 5. Типи зв'язків у металевих тілах.

Металевий тип зв'язку

У природі існують два різновиди тіл, що розрізняються по своїх властивостях, - кристалічні й аморфні.

Кристалічні тіла залишаються твердими, тобто зберігають додану форму до цілком певної температури, при якій вони переходять у рідкий стан. При охолодженні процес іде у зворотному напрямку. Перехід з одного стану в інше протікає при певній температурі плавлення.

Аморфні тіла при нагріванні розм'якшуються у великому температурному інтервалі, стають грузлими, а потім переходять у рідкий стан. При охолодженні процес іде у зворотному порядку.

Кристалічна будова твердого тіла більше стабільне, чим аморфне.

Аморфні тіла на відміну від рідин мають знижену рухливість часток. Аморфний стан можна зафіксувати в багатьох неорганічних і органічних речовинах прискореним охолодженням з рідкого стану.

Кристалічні тіла характеризуються впорядкованим розташуванням у просторі елементарних часток, з яких вони складені (іонів, атомів, молекул).

Властивості кристалів залежать від електронної будови атомів і характеру взаємодії їх у кристалі; від просторового розташування елементарних часток; хімічного складу, розміру й форми кристалів.

Тип зв'язку, що виникає між елементарними частками в кристалі, визначається електронною будовою атомів, що вступають у взаємодію. Елементарні частки в кристалі зближаються на певну відстань, що забезпечує кристалу найбільшу термодинамічну стабільність, Відстань на яке зближаються частки, визначається взаємодією сил, що діють у кристалі.

Сили притягання виникають завдяки взаємодії електронів з позитивно зарядженим ядром власного атома, а також з позитивно зарядженими ядрами сусідніх атомів.

Сили відштовхування виникають у результаті взаємодії позитивно заряджених ядер сусідніх атомів при їхньому зближенні.

Сили відштовхування проявляються при сильному зближенні й ростуть інтенсивніше, ніж сили притягання.

Зрівноважування сил відбувається при зближенні елементарних часток на певну відстань d₀. Цьому зближенню відповідає min енергії зв'язку Е_св, що робить кристал термодинамически стабільним. Вона визначає температури плавлення, випару, модуль пружності, температурний коефіцієнт лінійного розширення й ін.

Всі кристали по характері переважаючого зв'язку підрозділяють на молекулярні, ковалентні, металеві й іонні.

Молекулярні кристали часто в нормальних умовах – гази. Вони є діелектриками, тому що кристал побудований з электрически нейтральних атомів, у яких енергетичні зони повністю добудовані.

Ковалентні кристали – у них переважає ковалентний тип зв'язку. Це кристали з атомів вуглецю, кремнію, германія , сурми й ін.

Металеві кристали мають металевий тип зв'язку. Вони електропозитивні.

Металам властив металевий тип зв'язку. Зовнішні електрони легко можуть покинути свій атом і перейти до сусіднього, і таким чином, переміщаючись між іонами, утворять вільний електронний газ, що належить всьому комплексу атомів. При зближенні атомів відбувається перехід електронів із зовнішніх орбіт одного атома на зовнішні орбіти іншого, тобто виникає взаємодія електронів зовнішніх оболонок, які створюють зв'язок між атомами металу (сили зчеплення). У результаті цього зчеплення утворяться кристалічні решітки, що складаються з іонів, що втримують друг біля друга електронним газом.

Іонні кристали. У складних кристалах, що складаються з елементів різної валентності, можливе утворення іонного типу зв'язку. Представник цієї групи - кристал оксиду Fe, решітка якого складається з негативно заряджених іонів кисню й позитивно заряджених іонів заліза.