Типы химической связи- основы материаловедения

May 25, 2013 by admin Комментировать »

При сближении изолированных атомов и образовании кристалла их электронные оболочки перекрываются. Взаимодействие электронов, принадлежащих разным атомам, вызывает расщепление атомных дискретных энергетических уровней изолированных атомов. Первыми начинают расщепляться уровни, соответствующие электронам, наиболее удаленным от ядра, то есть находящимся на внешних оболочках атома. При равновесном межатомном расстоянии r0 расщеплены уровни всех орбиталей, участвующих в образовании химической связи. Число расщепленных уровней равно числу атомов в кристалле. Каждый тип атомных ор

Рис. 2.4. Зависимость полной энергии твердого тела E от межатомного расстояния r; r0 — равновесное межатомное расстояние.

биталей группируется в определенное число «молекулярных орбиталей», каждая из которых включает большое число атомных расщепленных орбиталей, очень мало  отличающихся друг  от  друга  по энергии. Такие «молекулярные орбитали» образуют энергетические зоны. Таким образом, в результате взаимодействия атомов формируется энергетическая структура твердого тела.

Что же удерживает вместе атомы  в кристалле? Химическая связь между ними в основном обеспечивается силами электростатического притяжения между отрицательно заряженными электронами и положительно заряженными ядрами. Для того чтобы она образовалась, необходимо выполнение следующих условий.

Положительно заряженные ионные остовы и валентные электроны должны находиться на таком расстоянии друг от друга, чтобы было сведено до минимума электростатическое отталкивание между одноименными зарядами. В то же самое время валентные электроны должны быть настолько близко расположены от положительных ионов, чтобы электростатическое притяжение между разноименными зарядами было максимально. При выполнении этих условий потенциальная энергия системы может немного уменьшиться, а кинетическая может немного возрасти, однако полная энергия должна отвечать минимуму энергии системы (рис. 2.4). В результате ионные остовы будут находиться в твердом теле на равновесном межатомном расстоянии r0, которое определяется равенством сил притяжения и отталкивания между ионными остовами и электронами.

Таким образом, существование стабильной химической связи между атомами в кристалле предполагает, что полная энергия кристалла меньше полной энергии такого числа свободных атомов, из которого состоит кристалл, то есть при образовании химической связи всегда вы

деляется энергия. Количество энергии, выделившейся при образовании химической связи, называется энергией связи: Eсвяз = Eсвоб.ат − Eт.т. Эта

величина является важнейшей характеристикой прочности связи и выражается в килоджоулях на 1 моль образующегося вещества. Энергию связи определяют сравнением с состоянием, предшествующим ее образованию. Определить ее непосредственно из эксперимента довольно трудно, обычно энергию связи вычисляют из данных по теплотам реакций с использованием закона Гесса [15]. Иногда энергию связи можно оценить по теплоте сублимации.

В зависимости от особенностей (определяемых индивидуальной электронной структурой взаимодействующих атомов) сил, действующих между атомами или ионами, в элементарных веществах различают три основных типа химической связи: металлическую, ковалентную и молекулярную. Помимо перечисленных в соединениях и твердых растворах возможен ионный тип связи. В веществах, одним из компонентов которых является водород, возможно появление водородного типа связи. Как правило, в реальных материалах одновременно реализуется несколько различных типов связи. Образующаяся в результате связь называется смешанной.

Рассмотрим особенности основных типов химической связи.

Источник: И. А. Случинская, Основы материаловедения и технологии полупроводников, Москва — 2002

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты