IMG
2 013 (2)

12 1. Siły międzyalomowc

wości 3s²3p⁵ oddając jeden elektron w cząsteczce CI₂ uzyskuje chwilowo konfigura. cję oktetową

:cr+ q=-*(:q.-g=).

W cząsteczce 0₂ atomy tlenu (2s²2p⁴) związane są podwójną parą elektronów!

a w cząsteczce N₂ atomy azotu (2s¹2pⁱ) wiążą trzy pary elektronów, co w obu przypadkach prowadzi do chwilowej konfiguracji oktetowej.

Istotą wiązania atomowego są elektrostatyczne siły przyciągające, zwane siłami wymiany. Cząsteczka utworzona z jednakowych atomów (o wiązaniu atmowym) nie jest dipolem. Natomiast w cząsteczce złożonej z różnych atomów (np. CO, H₂0,; NH₃) wiążąca para (pary) elektronowa poddana jest oddziaływaniu różnych jonów. Z tego powodu nie zajmuje położenia symetrycznego, lecz jest przesunięta w kierunku silniej przyciągającego, bardziej elektroujemnego jonu. W ten sposób jeden] z atomów cząsteczki uzyskuje przewagę ładunku dodatniego, a drugi - ujemnego.! Jakkolwiek nie są to jony we właściwym znaczeniu, jednak zaznacza się pewna! biegunowość cząsteczki tworzącej dipol. Taka odmiana nosi nazwę wiązania! atomowego spolaryzowanego. Wiązanie atomowe, zwłaszcza spolaryzowane, jest kierunkowe, ponieważ największa gęstość elektronów przybiera określoną pozycję (kierunek) względem składowych atomów cząsteczki.

Wiązanie atomowe występuje między jednakowymi atomami w cząsteczkach j wodoru, azotu, tlenu, chlorowców oraz innych elektroujemnych pierwiastków IV, j V i VI grupy układu okresowego. Wiązanie atomowe spolaryzowane występuje również w bardzo licznych związkach chemicznych, zwłaszcza nieorganicznych. ]

1.1.3. Wiązanie metaliczne

Atomy w stanie metalicznym oddają część swoich elektronów wartościowości, stając się rdzeniami atomowymi¹’. Uwolnione elektrony, tzw. gaz elektronowy,: poruszają się w pewnych obszarach ruchem bezładnym, analogicznie jak cząsteczki gazu doskonałego.

Istotą wiązania metalicznego są elektrostatyczne siły przyciągające między dodatnimi ładunkami rdzeni atomowych i ujemnymi — elektronów swobodnych. Bezkierunkowe wiązanie metaliczne ma charakter pośredni między wiązaniami jonowym i atomowym.

Wiązaniem metalicznym odznacza się większość pierwiastków elektrododatnich (metalicznych), stopy metali oraz liczne fazy pierwiastków metalicznych.

"Rdzeń atomowy jest atomem, który utracił część swoich elektronów wartościowości. W przypadku | pierwiastków jednowartościowych rdzeń atomowy jest jednowartościowym kationem. Natomiast w przypadku pierwiastków wielowartościowych rdzeń atomowy odbiega od wartościowości jonu w roztworze wodnym.

1.1.4. Wiązanie siłami van der Waałsa

Rozkład gęslości elektronów w powłoce atomu ulega stałym zmianom, skutkiem czego w danej chwili z jednej strony atomu może przeważać ładunek ujemny skupionych elektronów, a z drugiej — ładunek dodatni jądra atomowego. Atom można więc traktować jako chwilowy dipol. Zmiana rozkładu gęstości elektronów w jednym atomie wywołuje odpowiednie zmiany rozkładu w sąsiednim atomie — oba stają się wzajemnie indukowanymi dipolami. Zmniejszenie energii skutkiem zharmonizowanego ruchu elektronów w obu atomach powoduje pojawienie się między nimi przyciągających sił van der Waatsa — wiązania międzycząsteczkowego.

Są to siły znacznie słabsze w porównaniu z siłami wiązań pierwotnych, ale działające na stosunkowo większe odległości. Ponadto wartość sił van der Waałsa jest proporcjonalna do wielkości cząsteczek, co objawia się wyraźnie w przypadku makrocząsteczek polimerów. Wiązanie silami van der Waałsa działa w stanach skondensowanych w cząsteczkach gazów szlachetnych, wodoru, azotu, tlenu, chlorowców oraz między cząsteczkami bardzo licznych związków organicznych. W tym ostatnim przypadku w obrębie cząsteczek między atomami działają zwykle wiązania pierwotne atomowe lub jonowe.

1.2. TYPY STRUKTURY

Charakter sił międzyatomowych przesądza o typie struktury i właściwościach materiału. Natomiast energia wiązania decyduje o jego trwałości. Wartości energii wiązań podano w tabl. 1.1.

Wśród materiałów konstrukcyjnych wyróżnia się materiały krystaliczne i amorficzne.

Wspólną cechą materiałów krystalicznych jest statystycznie uporządkowany, symetryczny rozkład cząstek materii (atomów, jonów, cząsteczek) w przestrzeni, odwzorowywany tzw. siecią przestrzenną. Zmiana stanu skupienia ciało stało ściecz

Tablica 1.1

Energia wiązań

Typ wiązania

Energia    Odległości

wiązania międzyatomowe kJ/mol    (im

atomowe

jonowe

metaliczne

międzycząsteczkowe

600 1000 200 + 800 200 g| 800

4 + 20

10+15 20 + 30 20 + 30 40 + 50