24

J Wiązania między atomami

Istnieje bardzo duża różnorodność materiałów inżynierskich, których własność i zmieniają się w bardzo szerokim zakresie. Wspólną cechą wszystkich materiałów _JCSt to. że są one /budowane z aromów. Na poziomie wystarczającym dla naszych rozważań można przyjąć, że atomy wszystkich pierwiastków chemicznych składaj., się /edynie z trzech cząstek elementarnych nazywanych protonami, neutronom, i elektronami.

Podstawą klasyfikacji wiązań między atomami jest sposób, w jaki atom-, uzyskują stabilną 8-clcktronową konfigurację zewnętrznej powłoki. W t_ym Cl.j,_; podczas tworzenia wiązań atomy oddają, pobierają lub uwspólniają elektrony,

2.1. Struktura atomu

Od struktury atomu zależą wiązania między atomami, które są podstawą pod/u.i, materiałów inżynierskich na: metale, materiały ceramiczne oraz polimery (Jmoż

bwia ona również wyciągnięcie ogólnych wniosków dotyczących własności mech ntcznych materiałów.

Ptzwtoko zewnętrzna zażera 4 elektrony

Dla zrozumienia istoty wiązaii między atomami wystarczy względnie prosi\ ruktury atomu, w którym Dr/vimuie •>*>    .. i .

Jądro zaw-ero 6protonów ■ 6 neutronów

^Otftoko wewnefrzno towiera 2 elektrony

zawierającego sześć neutronów

^mS‘ 2.i. _Modc, _fńutctmy 4ł0fmj

. , _z „rotomiw i neutronów. Proton ma dodam, ładunek ^elek'^^y „junnias^    ! _f)72 |()-« g. Neutron nie ma ładunku elck.ryczneg J

I'-^{6 10} ₍ ® _od protonu (masa neutronu 1.675 10 » g). Elektron ma ujemny "•"I' ^ktrye/ny o wartość, bezwzględnej równej ładunkowi protonu. a jego masa Ijdunc    1/1836 masy protonu.

^w>m>S‘ \,_omy elektrycznie obojętne, gdyż w atomach poszczególnych pterwia-. .• _Iic/ba protonów jest równa liczbie elektronów. Liczba protonów atomu T l iceo lu-zb< atomową (Z). Zbiór atomów o tej samej liczbie atomowej jest „*Jxy pierwiastkiem chemicznym, gdyż o tym. jakiego pierwiastka jest dany ^nJ/ decyduje jedynie liczba protonów w jego jądrze. Sumę protonów i neutronów ¹¹ adr/e nazywamy liczbą masową (A). Atomy o takiej samej liczbie atomowej, ale > różnej liczbie masowej, są nazywane izotopami danego pierwiastka. Izotopy danego pierwiastka mają zatem taką samą liczbę protonów w jądrze, lecz różnią się _Jc/bą neutronów. W atomach pierwiastków o małej liczbie atomowej liczba neutronów jest bliska liczbie protonów. Ze wzrostem liczby atomowej wzrasta wartość stosunku liczby neutronów do protonów w jądrze do ok. 1.4

Ze względu na bardzo małą masę atomów i cząstek elementarnych do jej określania stosuje się atomową jednostką masy, nazywaną również jednostką węglową. Jest ona 1/12 masy atomu izotopu węgla ^ł*C. tj. atomu węgla, w którego jądrze jest sześć protonów i sześć neutronów. Oznacza się ją przez u. Przeliczenie atomowej jednostki masy na jednostki masy SI umożliwia zależność 1 g = 6.023 10” u. Liczba 6,023- 10” jest znana jako liczba Avogadra. Liczba atomów węgla ^l;C równa liczbie Avogadra ma zatem masę równą 12,00 g. Występujący w przyrodzie węgiel ma masę 12.0115 u, gdyż w nim prócz izotopu węgla ‘gCjest również J.1% izotopu ^ł*C. a więc izotopu zawierającego 7. a nie 6 neutronów

Masa liczby atomów równa liczbie Avogadra jakiegoś pierwiastka jest nazywana gramoatomem, gdyż gramoatom określa masę pierwiastka wyrażoną w gramach, równą liczbowo jego masie atomowej. Na przykład gramoatom węgla zawiera 12,0115 g węgla. Analogicznie liczba Avogadra cząsteczek jakiegoś związku chemicznego jest nazywana molem lub gramocząsteczką.

Ilustracją dobrze znanego prawa okresowości stwierdzającego, że własno-ści fizyczne i chemiczne pierwiastków są okresową funkcją liczby atomowej jest układ Okresowy pierwiastków, w którym kolumny pionowe są nazywane grupami. szeregi poziome natomiast - okresami (tabl. 2.1). Do jednego okresu należą pierwiastki, kiórych atomy mają zapełnianą tę samą powłokę elektronową, do iednei

Z,:— ~ ^P'^CrW'^aS‘^kl- ^{klórych a,omy} 'akii samą konfigurację elektronową na zewnętrznej powłoce, a co jest tego bezpośrednią konsekwencja

«3Ł    ^,a^0ŚCi,^Chet^CZne- ^W'^aSn0ŚCi piCrWaStk6w -lezących do jedne]

LnLu, ^P^ ,^b własności pierwiastków tego samego okresu zmientaia sie - od typowo metalicznych do typowo niemetalicznych.

25