[Materiałoznawstwo] Wiązania pomiędzy atomami

Wstęp

  1. Siły, które utrzymują atom razem działają jak małe sprężynki, łącząc atomy w ciele stałym
  2. Istotny jest sposób w jaki atomy są ułożone

Wiązania pierwotne

W ceramikach wiązanie jonowe i kowalencyjne, w metalach – metaliczne i kowalencyjne.

Dobrym przykładem wiązań jonowych jest chlorek sodu. Sód 11 protonów, 12 neutronów i 11 elektronów. Elektrony są przyciągane do jądra siłami elektrostatycznymi, mają zatem energię ujemną. Najłatwiej przenieść najbardziej oddalony elektron sodu na wolne miejsce w chlorze, pracę wykona pole elektrostatyczne pomiędzy jonami. Wiązania jonowe są pozbawione kierunkowości.

Wiązania kowalencyjne występują w czystej formie w diamencie, krzemie i germanie. Pojawia się także w polimerach. Daje duży współczynnik sprężystości. Bliskość obydwu jąder powoduje powstanie nowego orbitalu elektronowego wspólnego dla obydwu atomów, do którego należą. Takie uwspólnienie prowadzi do zmniejszenia energii i utworzenia stabilnego wiązania. W zależności od kształtu orbitali w wielu wiązaniach kowalencyjnych występują różne rodzaje kierunkowości, które z kolei wpływają na to, jakie jest ułożenie atomów tworzących kryształ.

Wiązanie metaliczne jest dominującym rodzajem wiązań w metalach i stopach metali. W metalu jako ciele stałym elektrony mają tendencję do porzucania „swoich” atomów i tworzenia „morza” dosyć swobodnie poruszających się elektronów. Prowadzi to do zależności energetycznych podobnych jak w przypadku wiązania kowalencyjnego. Ale nie jest to wiązanie kierunkowe.

Wiązania wtórne

Zapewniają połączenia między cząsteczkami polimeru. Bez tych wiązań woda wrzałaby w temp -80 stopni.

Wiązania Van der Waalsa są wynikiem dipolowego przyciągania pomiędzy atomami obojętnymi elektrycznie. Ładunek atomu jest w ciągłym ruchu, w każdej chwili jego rozkład przestrzenny jest nieco asymetryczny względem jadra. Taki chwilowy rozkład ma pewien moment dipolowy, a ponieważ ten moment indukuje podobny moment w sąsiednim atomie – odbywa dipole się przyciągają . Dobry przykładem jest ciekły azot. Bez tych wiązań większość gazów nie skraplałaby się.

Wiązania wodorowe powodują, ze woda w temperaturze pokojowej jest cieczą, łączą też między sobą łańcuchy polimerowe. Wodorowe oddaje elektron w wyniku czego tworzą się jony i wiązanie mostkowe

Stany skondensowanej materii

Dzięki wspomnianym wyżej wiązaniom pierwotnym i wtórnym, materia w stanie gazowym ma skłonność do kondensacji, w wyniku czego powstają ciecze i ciała stałe. Wyróżnić możemy pięć różnych stanów materii, różniących się pod wpływem struktury i stanu wiązań. To są ciecze, ciekłe kryształy, elastomery, szkła, kryształy.

Siły międzyatomowe

  1. Siła F=0 dla odległości równowagowej. Gdy odsuwamy atomy z równowagi o małe $latex r$ to pojawia się proporcjonalna do r siła $latex F$
  2. Sztywność S wiązania jest określona przez wzór S=\frac{dF}{dr}
    Gdy odkształcenie jest niewielkie, S jest w przybliżeniu wielkością stałą

Podsumowując koncepcja sztywności wiązania, oparta na zależności energia-odległość dla różnych rodzajów wiązań zbliża nas znacznie do zrozumienia pochodzenia modułów sprężystości

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: