§ 5. Типы связей в металлических телах.

Металлический тип связи

В природе существуют две разновидности тел, различающиеся по своим свойствам, - кристаллическиеиаморфные.

Кристаллические тела остаются твердыми, т. е. сохраняют приданную форму до вполне определенной температуры, при которой они переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идёт в обратном направлении. Переход из одного состояния в другое протекает при определенной температуре плавления.

Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале, становятся вязкими, а затем переходят в жидкое состояние. При охлаждении процесс идёт в обратном порядке.

Кристаллическое строение твёрдого тела более стабильное, чем аморфное.

Аморфные тела в отличие от жидкостей имеют пониженную подвиж­ность частиц. Аморфное состояние можно зафиксировать во многих неорганических и органических веществах ускоренным охлаждением из жидкого состояния.

Кристаллические тела характеризуются упорядоченным расположением в пространстве элементарных частиц, из которых они составлены (ионов, атомов, молекул).

Свойства кристаллов зависят от электронного строения атомов и характера взаимодействия их в кристалле; от пространственного расположения элементарных частиц; химического состава, размера и формы кристаллов.

Тип связи, возникающий между элементарными частицами в кристалле, определяется электронным строением атомов, вступающих во взаимодействие. Элементарные частицы в кристалле сближаются на определённое расстояние, которое обеспечивает кристаллу наибольшую термодинамическую стабильность, Расстояние на которое сближаются частицы, определяется взаимодействием сил, действующих в кристалле.

Силы притяжениявозникают благодаря взаимодействию электронов с положительно заряженным ядром собственного атома, а также с положительно заряженными ядрами соседних атомов.

Силы отталкиваниявозникают в результате взаимодействия положительно заряженных ядер соседних атомов при их сближении.

Силы отталкивания проявляются при сильном сближении и растут интенсивнее, чем силы притяжения.

Уравновешивание сил происходит при сближении элементарных частиц на определённое расстояние d₀. Этому сближению соответствуетminэнергии связи Е_св,что делает кристалл термодинамически стабильным. Она определяет температуры плавления, испарения, модуль упругости, температурный коэффициент линейного расширения и др.

Все кристаллы по характеру превалирующей связи подразделяют на молекулярные, ковалентные, металлические и ионные.

Молекулярные кристаллычасто в нормальных условиях – газы. Они являются диэлектриками, т. к. кристалл построен из электрически нейтральных атомов, у которых энергетические зоны полностью достроены.

Ковалентные кристаллы– в них преобладает ковалентный тип связи. Это кристаллы из атомов углерода, кремния, германия , сурьмы и др.

Металлические кристаллыимеют металлический тип связи. Они электроположительные.

Металлам присущ металлический тип связи. Внешние электроны легко могут покинуть свой атом и перейти к соседнему, и таким образом, перемещаясь между ионами, образуют свободный электронный газ, принадлежащий всему комплексу атомов. При сближении атомов происходит переход электронов с внешних орбит одного атома на внешние орбиты другого, т. е. возникает взаимодействие электронов внешних оболочек, которые создают связь между атомами металла (силы сцепления). В результате этого сцепления образуются кристаллические решетки, состоящие из ионов, удерживающих друг возле друга электронным газом.

Ионные кристаллы. В сложных кристаллах, состоящих из элементов различной валентности, возможно образование ионного типа связи. Представитель этой группы – кристалл оксидаFeO, решётка которого состоит из отрицательно заряженных ионов кислорода и положительно заряженных ионов железа.