Информационно-познавательный сайт     Материаловедение     Электроматериаловедение  

1. Общие сведения о строении вещества

1.1. Виды связей


top include

 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
История
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

top-2 include right include

 

Все вещества состоят из атомов. Атом представляет собой систему, состоящую из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Электроны притягиваются к ядру и отталкиваются друг от друга. Расположенные ближе к ядру электроны подвержены большему притяжению, они ослабляют притяжение внешних электронов, которые находятся на большем расстоянии от ядра. Внешние электроны могут отрываться от одного атома и присоединяться к другому атому, изменяя число его внешних электронов. Такие электроны называются валентными. У разных веществ атомы содержат разное число валентных электронов. Атом, потерявший один или несколько электронов, становится положительно заряженным. Атом, который присоединил к себе свободные электроны, становится отрицательно заряженным. Образовавшиеся таким образом положительные и отрицательные частицы называются ионами.

Из атомов строятся молекулы. Связи, благодаря которым происходит объединение атомов в молекулы, называются химическими. Способность атомов вступать в соединения с атомами других веществ и образовывать молекулы определяет химические свойства вещества. Молекула является наименьшей частицей вещества, которая сохраняет его химические свойства. Химические связи между атомами вещества делят на ковалентные (атомные), ионные, металлические и молекулярные.

Ковалентная (атомная) связь в молекуле водорода 

Ковалентные связи возникают между атомами за счет образования устойчивых пар валентных электронов разных атомов (рис. 1.1).

Эти пары являются общими для атомов, которые входят в молекулу. Если двухатомная молекула состоит из атомов одного элемента (Н2, С12, N), то электронная пара в одинаковой степени принадлежит обоим атомам. В таком случае молекулу и ковалентную связь называют неполярными и (или) нейтральными. В неполярных молекулах центры положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Если двухатомная молекула состоит из атомов различных элементов, то электронная пара может быть смещена к одному из атомов. В этом случае ковалентную связь называют полярной, а молекулы с полярной связью, у которых центры положительных зарядов не совпадают, - полярными или дипольными. Дипольная молекула характеризуется электрическим дипольным моментом.

 

Электрический дипольный момент 

 

Если у многоатомных молекул заряды расположены симметрично, то они неполярны, при несимметричном расположении атомов молекулы полярны (рис. 1.2).

 

Схема полярной и неполяной молекулы 

 

В отличие от ионной атомная связь имеет направленный характер. Эта связь образуется в направлении наибольшей плотности объединенных электронов. Поэтому вещества с ковалентными связями обычно характеризуются твердостью, хрупкостью, тугоплавкостью и химической инертностью. К ним относятся кристаллы германия, кремния, алмаза, соединения элементов из средних групп таблицы Д.И.Менделеева - SiC, BN. Атомные связи характерны для таких газов, как Н2, 02, N2. Молекулы некоторых органических соединений: полиэтилена (С2Н4)n, политетрафторэтилена (C2F4)n - имеют ковалентную связь, при этом между отдельными молекулами в этих материалах образуются молекулярные связи.

Разновидностью ковалентной связи является донорно-акцепторная связь, которая возникает между атомом, способным отдать электрон (донор), и атомом, способным принять этот электрон (акцептор). Примером таких материалов являются соединения мышьяка - арсениды галлия GaAs и индия InAs.

Ионные связи обусловлены силами электростатического притяжения между положительными и отрицательными ионами.

Молекулы вещества с полярной связью полярны. Соединения с ионной связью обладают разными свойствами, которые характерны для типичных металлов и неметаллов. Такие связи наиболее характерны для неорганических диэлектриков, которые имеют в своем составе ионы противоположных знаков (большинство солей и некоторые оксиды, например, ZnO, CdO, NiO, Cu02).

Ионные связи менее прочны, чем ковалентные, поэтому соединения, образованные ионной связью, уступают веществам с ковалентной связью по механической прочности и химической стойкости.

Металлические связи образуются в металлах и обусловлены особенностями поведения внешних (валентных) электронов. Атомы металлов обладают способностью отдавать внешние (валентные) электроны, превращаясь в положительный ион, или присоединять их вновь, превращаясь снова в нейтральный атом. Внешние электроны, которые покидают атомы, становясь свободными, называются коллективизированными электронами. В результате металл представляет собой систему, состоящую из положительных ионов, которые находятся в среде коллективизированных электронов. В этой системе одновременно имеют место притяжение между ионами и свободными электронами и ковалентная связь между нейтральными молекулами. Наличие этих связей определяет монолитность и прочность металлов. Благодаря наличию свободных электронов металлы обладают высокой электро- и теплопроводностью.

Металлическая связь в отличие от ковалентной связи не имеет направленного характера, что придает металлам высокую пластичность. Большинство металлов имеют высокие температуры плавления и кипения.

Молекулярные связи образуются между отдельными молекулами в результате электростатического притяжения между зарядами противоположных знаков, которые имеются в молекулах. Такое электростатическое притяжение называют силами Ван-дер-Ваальса. С помощью таких сил образуются молекулы в твердом водороде Н2, азоте N2, углекислом газе С02 и других органических соединениях - полиэтилене, фторопласте и др.

Особым видом молекулярной связи является водородная связь, которая образуется через ион водорода (протон), расположенный между двумя ионами соседних молекул. Водородной связью соединяются молекулы воды и некоторых органических соединений.

В твердых веществах атомы и молекулы располагаются в строгом порядке и хаотично. Вещества с закономерным упорядоченным расположением атомов или молекул в пространстве называют кристаллическими веществами, а вещества с беспорядочным расположением атомов или молекул - аморфными веществами.

 

1.1. Виды связи
1.2. Кристаллические вещества
1.3. Аморфные и аморфно-кристаллические вещества

botton include

 


author include