Взаимодействие структурных частиц вещества

Структура химического соединения (вещества) определяется типом связи между образующими его элементами. Различают химические и физические связи. Химические связит классифицируют по характеру распределения электронной плотности между атомами. Основные виды химической связи: ковалентная, ионная, металлическая.

Ковалентная связь – осуществляется парой электронов, находящихся в общем владении двух атомов, образующих связь. Ковалентная связь лежит в основе существования простых газов (водород, хлор, и др.), различных соединений (вода, аммиак), а так же атомных кристаллов.

Ковалентная связь может быть полярной и неполярной. Если молекула состоит из атомов одного и того же химического элемента, то электронная пара (одна или несколь­ко) в одинаковой степени принадлежит этим атомам. В этом случае ковалентная связь является неполярной или нейтральной, и образуе­мые молекулы тоже являются неполярными. Если молекула состоит из атомов различных химических элемен­тов, то электронная пара будет смещена в сторону атома с большей электроотрицательностью. В результате смещения электронной пары центры положительных и отрицательных зарядов сместятся на некоторое расстояние друг от друга, ковалентная связь станет полярной. По­лярной или дипольной станет сама молекула. Например, молекула воды полярная, так как электронные пары между атомом кислорода и двумя атомами водо­рода смещены в сторону атома кислорода, как более ЭО. При наличии полярных ковалентных связей могут образовы­ваться и неполярные молекулы, если дипольные моменты уравновешивают друг друга (т.е. если молекула построена симметрично).

Ионная связь – основана на электростатическом взаимодействии между противоположно заряженными ионами. Она характерна для соединений металлов с неметаллами, а так же для ионных кристаллов. Наиболее яркими представителя­ми соединений с ионной связью являются галогениды щелочных ме­таллов, хотя и у них химическая связь не полностью ионная.

Неполярные, по­лярные и ионные молекулы представляют собой непрерывный пере­ход. Граница между полярной ковалентной связью и ионной — чисто условная. Принципиального различия в механизме образования связей нет, так как природа химической связи единая — электрическая.

Металлическая связь встречается в соединениях металлов. При взаимодействии друг с другом валентные энергетические зоны атомов перекрываются, образуя общую зону со свободными подуровнями. Это дает возможность валентным электронам свободно перемещаться в пределах этой зоны (электронный газ). Происходит обобществление валентных электронов в объеме всего кристалла.

Молекулярная (физическая) связь – взаимодействие нейтральных молекул (или атомов) на основе слабых электростиатических сил (вандерваальсово взаимодлействие). Эта связь менее прочная, чем химическая.

Основными типами кристаллических структур являются атомные, металлические, ионные и молекулярные.

Ковалентные кристаллы имеют высокую температуру плавления, твердость, малую электропроводность большие показатели преломления. Атомное строение имеют простые полупроводники (селен, германий, кремний и др.), в узлах решетки которых находятся атомы. Связь имеет ярко выраженную направленность.

Ионные кристаллы имеют высокую температуру плавления и испарения, высокий модуль упругости. Направленность связи приводит к высокой твердости и отсутствию пластичности. В узлах решетки ионных кристаллов чередуются по­ложительно и отрицательно заряженные ионы. При нормальной температуре ионы относительно прочно удержива­ются в узлах решетки, поэтому электропроводность ионных кристал­лов ничтожно мала; она осуществляется за счет дефектов строения и ионов примеси.

При растворении (например, в воде) или расплавлении такой кристалл распадается на свободные ионы и становится проводником второго рода, а при испарении — на молекулы, оставаясь диэлектриком.

Металлические кристаллы (металлы). Металлы более пластичны и менее тверды, чем ковалентные и ионные кристаллы, что объясняется природой металлической связи и более плотной структурой. В узлах кристаллической решетки находятся положительно заряженные ионы металла – катионы, связанные между собой обобществленными электронами. Металлы обладают хорошей тепло- и электропроводностью за счет свободных электронов. Металлы непрозрачны, они хорошо отражают излучение, т.е. обладают блеском.

Молекулярные кристаллы имеют низкие Т_{плавления} и Т_{испарения}, т.к. энергия связи невелика. Они – диэлектрики, т.к. построены из электрически нейтральных молекул, и в отличие от металлов прозрачны для электромагнитного излучения. Малая энергия связи определяет так же низкий модуль упругости кристаллов и небольшие коэффициенты теплового расширения. Механические характеристики их низки.

Дата добавления: 2014-01-11