PYTANIE 7

7.1 Wiązania krystaliczne w ciałach stałych - rodzaje i energie wiązań.

Struktura olbrzymiej części większości ciał stałych charakteryzuje się tym, że tworzące je atomy są ułożone w sposób uporządkowany w regularną sieć przestrzenną, zwaną siecią krystaliczną.

Większość ciał stałych występuje w postaci polikryształów. Niektóre tylko są monokryształami, tj. pojedynczymi, dużymi kryształami w kształcie symetrycznych wielościanów o płaskich ścianach i prostoliniowych krawędziach. Ich cechą charakterystyczną są określone dla każdej substancji wielkości kątów, zawartych między ścianami i krawędziami kryształu.

W zależności od charakteru wzajemnych oddziaływań jąder i powłok elektronowych sąsiednich atomów sieci krystaliczne (wiązania) możemy podzielić na:

• atomowe - wiązanie to polega na utworzeniu jednej, dwóch lub trzech par elektronowych przez dwa atomy, z których każdy dostarcza do wytworzenia wspólnego dubletu taką samą liczbę niesparowanych elektronów, przykładami kryształów o wiązaniach kowalencyjnych są german (Ge), krzem (Si) i diament (krystaliczny węgiel, C), Energia wiązania kryształów kowalencyjnych jest stosunkowo wysoka; w przypadku diamentu wynosi ona Ec = 3; 6 eV/atom

• jonowe - polega na przejściu jednego lub kilku elektronów walencyjnych z atomów pierwiastka elektrododatniego do atomów pierwiastka elektroujemnego, energia wiązania kryształów jonowych jest wysoka, np. energia wiązania kryształu KCl wynosi Ec = 7; 1 eV/atom., kryształy jonowe tworzą pierwiastki I i VII grupy układu okresowego (np. KCl) oraz pierwiastki II i VI grupy (np. MgO).

• metaliczne - polega na przekształceniu atomów tego samego metalu lub atomów różnych metali w zbiór kationów i swobodnie poruszających się między nimi elektronów, kryształy metaliczne tworzą pierwiastki z początkowych grup układu okresowego, których atomy maj¡ maª¡ liczb¦ elektronów walencyjnych, energie wiązania kryształów metalicznych są na ogół mniejsze, niż kryształów jonowych lub kowalencyjnych. Np. dla litu warto±¢ energii wiązania wynosi Ec = 1; 6 eV/atom.

• cząsteczkowe (molekularne) - cechą charakterystyczną tych wiązań jest to, że w węzłach sieci krystalicznej umiejscowione są oddzielne cząsteczki, tworzące najczęściej dipole elektryczne, które oddziałując na siebie wzajemnie siłami przyciągania zapewniają trwałość struktury kryształu, wiązania molekularne występują w kryształach tych pierwiastków lub związków chemicznych, których atomy lub cząsteczki mają całkowicie zapełnione przez elektrony walencyjne zewnętrzne powłoki (zgodnie z teorią Bohra zewnętrzne orbity). Typowym przykładem są kryształy gazów szlachetnych, których atomy należą do VIII grupy układu okresowego, kryształy molekularne charakteryzuje mała energia wiązania i niska temperatura topnienia, przykładowo dla argonu (Ar) Ec = 0; 08 eV/atom, Ttop = 84 K.

7.2. Własności kryształów o różnych wiązaniach.

	atmowe	jonowe	metaliczne	cząsteczkowe
właściwości mechaniczne	duża wytrzymałość, duża twardość	duża wytrzymałość, duża twardość	wytrzymałość różna dla różnych metali, na ogół duża, ciągliwość	mała twardość, mała wytrzymałość
właściwości termiczne	temperatury topnienia wysokie, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej	temperatury topnienia wysokie, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej	temperatury topnienie różne, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej	temperatury topnienia niskie, duży współczynnik rozszerzalności cieplnej
właściwości elektryczne	w stanie oczyszczonym nie przewodzą prądu	w stanie stałym źle przewodzą prąd, w stanie stopionym i w roztworach wykazują	przewodniki prądu	izolatory

---