Все механизмы связи между атомами обусловлены силами электрического притяжения и отталкивания. Типы и силы связи зависят от конкретного строения электронных оболочек взаимодействующих атомов. Между близко расположенными атомами всегда существует небольшое притяжение, обусловленное слабыми вандерваальсовыми (или остаточными) связями, но его влиянием можно пренебречь, если одновременно выполняются условия, обеспечивающие существование ионной, ковалентной или металлической связи. Наличие стабильной связи (между парой изолированных атомов или между атомами в большом трехмерном кристалле) предполагает, что пространственная конфигурация из положительно заряженных ионных остовов и внешних электронов обладает меньшей полной энергией, чем любая другая конфигурация (в том числе и та, в которой все атомы разнесены на бесконечно большие расстояния). Дефицит энергии этой конфигурации по сравнению с энергией изолированных атомов называется энергией связи. Величина этой энергии варьируется от 0,1 эВ/атом в твердых телах со слабым вандерваальсовым взаимодействием до 7 эВ/атом и более в некоторых ковалентных и ионных соединениях, а также в некоторых металлах4. Энергия связи равна разности потенциальных энергий системы изолированных атомов и связанной системы за вычетом кинетической энергии, которая, согласно принципу неопределенности, должна быть обусловлена локализацией ядер и электронов внешней оболочки. Для ковалентных связей очень важную роль играют угловые направленности связей, в то время как некоторые другие типы связи главным образом стремятся сделать так, чтобы стало наибольшим координационное число (т. е. число ближайших соседей). Очевидно, что такие факторы имеют большое значение для получения наиболее выгодной трехмерной структуры. У некоторых твердых тел могут быть две и более абсолютно разных структур с практически одинаковой энергией, причем изменением температуры или гидростатического давления можно 4 Джоуль — довольно большая единица энергии, если речь идет о событиях, касающихся одного атома. Поэтому в нашей книге энергия будет часто приводиться в электронвольтах на частицу или микроскопическую систему. (Из контекста будет ясно, к чему относится изменение энергии: к молекуле, атому или отдельному электрону.) Элементарный заряд, проходя через разность потенциалов в один вольт, приобретает потенциальную энергию 1,6022-Ю-19 Дж (см. в конце книги таблицу наиболее употребительных констант). В химии энергию взаимодействия и энергию связи обычно измеряют в калориях на моль. Один электронвольт на молекулу эквивалентен 23 000 калориям на моль, или 9,65- 10* джоулям, да.,модъ^ 18 Гл. 1. Кристаллическая структура и форма твердых тел Структура 2 Cmpi/нтура 1 Дадление или температура Рис. 1.3. Зависимость энергии связи от температуры или давления для твердого тела, в котором возможны две различные атомные структуры. Аллотропный переход может произойти при тех значениях температуры или давления, при которых одна структура заменяет другую как имеющая минимальную энергию. вызвать превращение одной аллотропной формы твердого тела в другую так, как это представлено на рис. 1.3. Ниже в разделе «Ковалентная связь» будет показано, что при определенном режиме нагревания или охлаждения аллотропный переход в энергетически наиболее выгодную структуру можно задержать.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Типы межатомных связей» з дисципліни «Фізика твердого тіла»
