Металлдардағы атомаралық байланыстар. Атомдардың кристалл торларында орналастыру тәсілдері.

Потенциалдық энергиясы минимуммен сипатталатын, құрылым бөліктерінің әрекеттесуінде тұрақты құрылымға ие болу нәтижесінде кристаллдар пайда болады. Мұндай бөлшектер болып атомдар, иондар немесе молекулалар табылады.Тұрақты кристаллдық құрылым болуы үшін бөлшектер арасында екі түрлі күштер әрекет етуі керек: тартылыс және тебіліс күштері.

Кристаллдардағы атомдар (иондар) арасында байланыстырушы күштер толығымен электрлік: магниттік әсерлесудің рөлі болмашы, гравитациялық- шамалы болады. Химиялық байланыс атомдардың жақындасуымен пайда болып, сыртқы валенттік электрондардың әрекеттесуімен ескеріледі.Қазіргі кезде байланыстарды иондық (гетерополярлық), коваленттік (гомеополярлық), металдық, ван-дер-ваальтық және де атомдар арасындағы байланыстың арнайы түрі - сутектік деп бөледі.Байланыстардық алғашқы үшеуі, кейінгі екеуіне қарағанда берік.Байланыстарды мұндай топтарға бөлу алғашқы үштікке шартты.

Иондық байланыс аз бағытталған және қарама- қарсы зарядталған иондардың максималды мөлшерімен қоршалған әр аттас зарядталған бөлшектердің электростатикалық әрекеттесі нәтижесінде пайда болады. Мұндай құрылым түрі үшін координациялық сан орташа және қатысты жоғары(6 және 8), және жиі беріктілік орама алынады. Байланыстың иондық түрімен байланысқандарға галогендер, оксидтер, силикаттар, көптеген халькогенидтер және бейорганикалық қышқылдардың тұздары жатады.

Коваленттік байланыс екі шағылысқан электрон арқылы жүзеге асады: спиндері қарама-қарсы екі сыртқы электрон бір уақытта екі атомға жатады. Байланыс катаң бағытталған.Мұндай байланысты құрылымдар үшін кіші координациалық сандар тән(Юм-Розер ережесі бойынша анықталады: 8-N, мұнда N- берілген элемент үшін периодтық жүйедегі топ саны) беріктік орама болмайды.

Коваленттік байланыс көбінесе Менделеев кестесіндегі IV және оған жақын топтардың элементтерінде болады. Коваленттік байланыс берік болғандықтан, осы қосылыстардың кристаллдарының қаттылығы, серпімділігі және балқу температурасы жоғары болады. Коваленттік кристаллдар - жартылай өткізігіш немесе диэлектрлік болады.

Ковалентті кристаллдың классикалық мысалы ретінде таза коваленттік байланыспен сипатталған алмазды алуға болады. Дерлік барлық коваленттік кристаллдардың коваленттіктен басқа, қосымша байланыстары (иондық, металдық немесе ван-де-ваальтық)болады.

Металдық байланыс кристаллдың барлық көлемінде белгілі бір атоммен байланыспаған қозғала алатын, барлық атомдардың валенттік электрондарының ұжымдасуына негізделген.Валенттік электрондар өзіндік "электрондық газ" құрады. Мұндай байланыстың түрімен байланысқан кристаллдық құрылымын оң зарядталған иондардың (катиондардың) реттелген орналасуын, электрондары иондармен және өзара әрекеттесетін "электрондық газға" жүктелген ретінде елестетуге болады.

Металдық байланыс сфералық симметриялы, оған үлкен координацивлық сандар(к.с.=12немесе к.с.=8) және құрылымның беріктік орамасы тән.Металдық кристаллдар металдық жылтырға, жоғары жылу және электрөткізгіштікке, сығылу мен жылулық ұлғаюдың төмен коэфициентіне ие.

Байланыстың Ван-дер-ваальтық түрі қатайған газдардың молекулалық кристаллдарына тән (мысалы, аргон,сутек, азот және т.б.). Газдардағы атомдар тұйық қабықшаға ие болғандықтан, онда олардың арасындағы тартылыс күштері өте әлсіз, сондықтан ван-дер-ваальстық деп атаған.

Молекулааралық күштердің негізін құраушы- ол атомдар мен бейтарап бөлшектердің арасындағы дисперсиондық әрекеттесуі.Атомның электрлік моменті нөлге тең, дегенмен әр момент сайын электрондар кеңістіктің белгілі бір нүктесіне орналасатын жылдам аусатын дипольді тудырады. Осы атомдардың электрондарының қозғалысы нәтижесінде екі атомның (мысалы, гелийдің) жанасуынан келісім орнап, әрекеттесуші күштер пайда болады.

Молекулаарлық әрекеттесулердің ван-дер-ваальстық күштері, иондық, коваленттік, және металдық байланыстарға қарағанда әлсіз. Молекулярлық кристаллдар әдетте, диэлектр және құрылымы аз координациалық санға, төмен балқу температурасына, үлкен сығылуға, төмен қаттылыққа ие болады.

Сутектік байланыс коваленттік топтауға кіретін NH немесе ОН, электротерстік атомдары N,O,F,CI немесе S сутек атомдары арасында пайда болады.Мұндай атомдар байланыс электрондарын тартып, теріс зарядталады: байланыс электронның жоғалтқан сутек атомы оң зарядқа ие болады.Сутектік байланыс осы зарядтардың тартылуымен ескеріледі.

Көптеген органикалық қосылыстарды сутектік байланыстың рөлі зор.Қарапайым мысал ретніде су молекуласы арасындағы сутектік байланысты алуға болады.

Химиялық байланыстың сипаты кристаллдардың физикалық қасиеттерінде айқындалады. Байланыс берік болған сайын, механикалық қасиеттері(қаттылық, серпімділік), мен балқу температурасы жоғары және термиялық ұлғаюдың төмен коэфициентіне ие болады. Ең берік және қатты коваленттік және ионды-коваленттік кристаллдар болып табылады.Бірақ оларға балқу температурасының(-2500-500 оС), атом аралық ара қашықтық пен байланыс күшертінің ұлғаюынан беріктігінің төмендеуі тән. Металдардың механикалық қасиеттері аса ауқымды сипатталады (аса беріктен және қиын балқитындардан оңай балқитындарға дейін, тіпті бөлме температурасындағы сұйық- сынап). Молекулярлық кристаллдар аса берік және оңай балқитын болып келеді.

Химиялық байланыстың түрлері оптикалық қасиеттерде де байқалады. Молекулярлық кристаллдар сияқты, иондық, коваленттік кристаллдар сынғыштықтың жоғары көрсеткішіне ие және мөлдір болып келеді. Металл мөлдір емес, бірақ металдық жылтырға ие болғандықтан, жарықты жақсы шағылыстырады.