Rodzaje wiązań międzyatomowych oraz ich wpływ na właściwości materiałów.
Wiązanie jonowe
Jest to powinowactwo między atomami elektrododatnimi a elektroujemnymi, które łączą się zazwyczaj wiązaniami jonowymi. Występują one często w przypadku kwasów, zasad i soli. Oktet elektronowy uzyskuje się wtedy drogą międzyatomowej wymiany elektronów przez oddanie elektronów walencyjnych innemu atomowi lub też przez przyłączenie tylu elektronów, aby łącznie z własnymi elektronami walencyjnymi było ich osiem. Związki jonowe w stanie stałym tworzą kryształy jonowe, składające się z naprzemiennie ułożonych anionów i kationów. Kryształy jonowe nie przewodzą prądu, natomiast ciekłe lub rozpuszczone związki jonowe tworzą elektrolity, w których prąd przenoszony jest przez przepływ kationów i anionów. Jest to możliwe dzięki temu, że substancje jonowe ulegają dysocjacji. Związki jonowe dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych - głownie w wodzie, natomiast nie rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach - eterach czy benzynie. Związki jonowe reagują bardzo szybko, w przeciwieństwie do związków kowalencyjnych. Poza tym mają wysokie temperatury wrzenia i topnienia oraz odznaczają się dużą twardością.
Wiązanie kowalencyjne
Występują w cząsteczkach zbudowanych z dwóch atomów tego samego pierwiastka (substancje proste). Cząsteczki homojądrowe nie mogą powstać w wyniku międzyatomowego przeniesienia elektronów, gdyż atomy o identycznej elektroujemności nie mogą przekazywać sobie elektronów. Atom taki może uzyskać oktet elektronowy przez uwspólnienie elektronów z drugim atomem. Na przykład w cząsteczce wodoru H2 elektrony formują dublet elektronowy, który tworzy wspólną dla całej cząsteczki , zapełnioną powłokę elektronową. Dwa wspólne elektrony (wspólna para elektronowa) należą jednocześnie do obu atomów. Substancje mające wiązanie kowalencyjne w stałym stanie skupienia tworzą kryształy cząsteczkowe. Substancje te na ogół nie przewodzą prądu elektrycznego ( wyjątek –
grafit) i nie ulegają dysocjacji elektrolitycznej. Słabo rozpuszczają się w wodzie i alkoholu, natomiast dobrze w benzynie czy benzenie. Reagują powoli, gdyż wiązanie kowalencyjne jest silnym wiązaniem Im większy jest udział wiązania kowalencyjnego w tlenkach, tym bardziej kwasowy jest jego charakter.
Wiązanie Van der Waalsa
Są to siły między cząsteczkami będącymi chwilowymi dipolami (powstałymi w wyniku chwilowej polaryzacji cząsteczki) lub między cząsteczkami będącymi dipolami trwałymi (cząsteczki o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych. Wiązania te wiążą ze sobą cząsteczki powstałe na skutek kowalencyjnych wiązań atomów- w wyniku powstaje stan ciekły, Siły te powodują również skraplanie gazów szlachetnych. Obserwuje się zwykle znaczne wartości temperatur wrzenia dla cząsteczek o dużych rozmiarach, natomiast małe wartości temperatur wrzenia dla cząsteczek mniejszych.
Wiązanie metaliczne
Siatka krystaliczna metali zbudowana jest z dodatnich jonów (rdzeni atomów) pozbawionych elektronów walencyjnych. Elektrony walencyjne znajdują się wówczas w bezwładnym ruchu cieplnym, wypełniając wnętrze siatki krystalicznej metalu (gaz elektronowy). Materiały charakteryzują się połyskiem i bardzo dobrym przewodnictwem elektrycznym oraz cieplnym. Są kowalne, ciągliwe można je obrabiać mechanicznie. Nie roztwarzają się w wodzie, chociaż niektóre z nich gwałtownie z nią reagują – sód. Mają wysokie temperatury topnienia, poza takimi pierwiastkami , jak: rtęć, gal, ind, grupa litowców
Opisz zależności: ε’(ω), ε’’(ω), tgδ(ω)
ε’(ω)
Zdolność materiału do gromadzenia energii w postaci pola elektrycznego do pewnego mementu w częstotliwości jest stały. Dla dużych częstotliwości współczynnik ten będzie coraz mniejszy.
ε’’(ω)
Straty zmian polaryzacji w materiale w ciągu jednego okresu zmian napięcia lub natężenia
tgδ(ω)
Współczynnik stratności dielektrycznych jest odwrotnie proporcjonalny do częstotliwości. Im większa częstotliwość, tym mniejsze straty dielektryczne. (dielektryki niepolarne).
W dielektrykach polarnych wraz ze wzrostem częstotliwości tgδ początkowo rośnie, gdyż wzrasta energia tracona w jednostce czasu na obrót dipoli. Przy dalszym wzroście częstotliwości stratność dielektryczna zaczyna maleć, gdyż obrót dipoli nie nadąża za zmianami pola.
Zjawisko ferromagnetyzmu
Istnieje grupa materiałów, która charakteryzuje się szczególnie wysoką wartością podatności magnetycznej. Materiały te nazwano materiałami ferromagnetycznymi. Podstawowym warunkiem wystąpienia ferromagnetyzmu jest istnienie w materiale nieskompensowanych spinowych momentów magnetycznych, które mogą występować tylko w atomach z nie zapełnionymi powłokami. Jest to warunek konieczny, ale jednak nie wystarczający, gdyż nie zapełnione powłoki mają również pierwiastki nie wykazujące ferromagnetyzmu. Drugim warunkiem zaistnienia zjawiska ferromagnetyzmu jest występowanie w strukturze materiału siły wymiany ( siły wzajemnego oddziaływania spinowych momentów elektronów prowadzące do spontanicznego uporządkowania orientacji spinów) o odpowiednio dużej wielkości. Materiały ferromagnetyczne magnetyzują się w bardzo silnym stopniu i kierunku zgodnym z kierunkiem działania zewnętrznego pola magnetycznego oraz wykazują przy okresowej zmianie kierunku pola własności histerezy (tj. zachowują w mniejszym lub większym stopniu magnetyzację po zaniku zewnętrznego pola). Ten rodzaj magnetyzmu nie jest proporcjonalny do zewnętrznego pola magnetycznego i jest odwrotnie proporcjonalny do różnicy temperatury bezwzględnej i temperatury krytycznej (punkt Curie).