Класифікація конденсованих середовищ за типами зв’язків - студопедія

З агрегатних станів речовини два - тверде та рідке - називаються конденсованими.

Всі види зв'язку між атомами обумовлені тяжінням або відштовхуванням електричних зарядів. Тип і сила зв'язку визначаються електронною будовою взаємодіючих атомів. Незалежно від природи сил, які виникають при зближенні атомів, їх характер залишається однаковим: на великих відстанях переважаючими є сили тяжіння, на малих - сили відштовхування. На деякому (рівноважному) відстані результуюча сила звертається в нуль, а енергія взаємодії досягає мінімального значення (рис.2.1).

Твердим тілом називають агрегатний стан речовини, що характеризується стабільністю форми і коливальним характером теплового руху атомів. Отже, останні мають кінетичної енергією.

Завдання про взаємодію, навіть найпростіших, атомів, дуже складна, тому що доводиться розглядати поведінку багатьох частинок - ядер і електронів. Необхідно враховувати хвильові властивості мікрочастинок, в першу чергу електронів, і вирішувати наближеними методами відповідне рівняння Шредінгера [2].

Міжатомних зв'язків супроводжується суттєвою перебудовою валентних електронів атомів, і характер перебудови визначається природою самих атомів і станом електронів, які беруть участь в утворенні хімічного зв'язку. Основний внесок в енергію освіти твердого тіла з атомів вносять валентні електрони, внесок електронів внутрішніх оболонок є незначним.

Рис.2.1. Потенціал міжатомної взаємодії

В результаті взаємодії валентних електронів утворюються загальні електронні пари. Ковалентний зв'язок виникає тоді, коли електронна пара не повністю зміщена до одного з атомів, а локалізована на загальній для обох електронів орбіті.

Коли пара електронів практично повністю зміщена до одного з атомів, маємо приклад іонної зв'язку. Тобто, іонну зв'язок можна розглядати як крайній випадок ковалентного зв'язку. В цьому випадку енергію взаємодії в кристалах з таким зв'язком можна обчислювати на основі кулонівської взаємодії позитивних і негативних іонів, які утворилися в кристалі в результаті перерозподілу електронів між атомами.

Металевий зв'язок також можна розглядати як крайній випадок ковалентного зв'язку, коли валентні електрони стають колективізованими, тобто одночасно належать багатьом атомам.

В атомах з заповненими валентними оболонками розподіл електричного заряду сферичне, тому вони не мають постійним електричним моментом. Але за рахунок руху електронів атом може перетворитися в миттєвий електричний диполь, що призводить до виникнення так званих ван дер Ваальсових сил. Наприклад, в атомі водню середній електричний момент дорівнює нулю, тоді як миттєвий момент може досягати 2,5 D (дебай [3]). При зближенні атомів виникає взаємодія миттєвих атомних диполів.

Головними характеристиками хімічного зв'язку є енергія, довжина, полярність, кратність, спрямованість, насиченість. Для іонної зв'язку необхідно брати до уваги ефективний заряд іонів.

За характером сил зв'язку тверді тіла можна розділити на наступні класи: атомні, іонні, металеві, молекулярні кристали і кристали з водневим зв'язком.