5ZvТипи зв'язків у техніці

Чому алмаз ріже скло, а сіль розколюється

Відповідь у тому, як атоми тримаються разом.

Три способи тримати атоми разом

Електрон переходить, ділиться або належить усім.

Що тут видно: у йонному зв'язку електрон Na переходить до Cl, у ковалентному пара електронів спільна, у металі електрони вільно течуть між катіонами.

Усі типи зв'язків

Ковалентний неполярний: спільна пара посередині, Cl₂, алмаз, Si.
Ковалентний полярний: пара зміщена до електронегативнішого атома, HCl, H₂O, SiO₂.
Йонний: притягання катіонів і аніонів, NaCl, CaF₂, MgO.
Металічний: катіони в «морі» вільних електронів, Cu, Al, Fe.
Водневий: слабший за ковалентний (5–40 проти ≈ 350 кДж/моль для C–C): вода, білки, ДНК, кевлар.

Який це зв'язок: рахуємо ΔEN

і

Що тут видно: хмара електронів між двома атомами зміщується до електронегативнішого. Межі: ΔEN < 0,4 неполярний, до 1,7 полярний, далі йонний.

Ґратка визначає властивості

Б'ємо, гріємо, вмикаємо струм

Температура: , стан:

💡

лампочка світиться, якщо струм іде

Що тут видно: одна й та сама дія по-різному діє на різні зв'язки: сіль кришиться, мідь кується, графіт світить лампочку.

Де це працює в техніці

Алмаз і SiC: міцні ковалентні сітки, різці, свердла, абразиви.
Графіт: шари ковзають і проводять струм, електроди, мастила, олівці.
Мідь і алюміній: металічний зв'язок, дроти й кабелі.
NaCl, CaF₂, кераміка: йонні кристали, оптика, ізолятори.
Поліетилен, кевлар: ковалентні ланцюги, ізоляція й бронежилети.

Таблиця властивостей

Тип структури	t_пл	Твердість	Струм	Поведінка
Йонний (NaCl)	висока, 801 °C	висока	лише розплав і розчин	крихкий
Атомний ковалентний (алмаз, Si)	дуже висока	дуже висока	ізолятор або напівпровідник	крихкий
Молекулярний (парафін, лід)	низька	низька	ізолятор	м'який
Металічний (Cu, Fe, Al)	різна	різна	висока	пластичний, блиск

Більше матеріалів

Матеріал	Зв'язок	Властивості	Застосування
Алмаз	ковалентна ґратка, sp³	твердість 10, теплопровідний, діелектрик	різці, свердла, відвід тепла
Графіт	шари sp² + слабкі сили між шарами	м'який, проводить струм	електроди, мастила, анод Li-йонних акумуляторів
Графен	один шар графіту	дуже рухливі електрони, міцний, прозорий	гнучка електроніка, сенсори
Кремній	ковалентна ґратка	напівпровідник, 1,12 еВ	мікросхеми, сонячні елементи
Корунд Al₂O₃	йонно-ковалентний	твердість 9, t_пл ≈ 2072 °C	абразиви, свічки, сапфірове скло
Мідь, алюміній	металічний, ГЦК	висока електропровідність, пластичність	кабелі, лінії електропередач
Поліетилен, ПВХ	ковалентні ланцюги + слабкі сили	легкий, гнучкий, діелектрик	ізоляція, труби, упаковка
Кевлар	ланцюги + водневі зв'язки	міцний на розрив	бронежилети, канати
Кварцове скло SiO₂	аморфна ковалентна сітка	термостійке, прозоре	оптичне волокно, посуд

Висновки

Тип зв'язку підказує різниця електронегативностей ΔEN.
Йонні кристали тверді й крихкі, струм проводять у розплаві.
Ковалентні ґратки (алмаз) дуже тверді; молекулярні м'які й легкоплавкі.
Метали пластичні й електропровідні завдяки електронному газу.

Перевір себе

Далі

Що тримає разом ДНК і білки: слабкий, але вирішальний зв'язок.

Назад: рідкі кристали Водневий зв'язок у біополімерах