Ikatan logam adalah ikatan multisenter yang ada dalam logam dan paduannya antara ion bermuatan positif dan elektron valensi, yang umum untuk semua ion dan bergerak bebas melalui kristal.

Mereka memiliki sejumlah kecil elektron valensi dan ionisasi rendah. Elektron-elektron ini, karena jari-jari atom logam yang besar, terikat lemah pada intinya dan dapat dengan mudah melepaskan diri darinya dan menjadi umum bagi seluruh kristal logam. Akibatnya, ion logam bermuatan positif dan gas elektron muncul di kisi kristal logam - satu set elektron bergerak yang bebas bergerak di sekitar kristal logam.

Akibatnya, logam adalah serangkaian ion positif yang terlokalisasi pada posisi tertentu, dan sejumlah besar elektron yang bergerak relatif bebas di bidang pusat positif. Struktur spasial logam adalah kristal, yang dapat direpresentasikan sebagai sel dengan ion bermuatan positif di node, terbenam dalam gas elektron bermuatan negatif. Semua atom menyumbangkan elektron valensinya untuk pembentukan gas elektron; mereka bergerak bebas di dalam kristal tanpa memutuskan ikatan kimia.

Teori pergerakan bebas elektron dalam kisi kristal logam secara eksperimental dikonfirmasi oleh pengalaman Tolman dan Stewart (pada tahun 1916): selama perlambatan tajam dari kumparan yang sebelumnya tidak dipilin dengan kawat yang dililitkan, elektron bebas terus bergerak dengan inersia untuk beberapa waktu, dan pada saat ini ammeter yang termasuk dalam kumparan rangkaian, mencatat impuls arus listrik.

Varietas model ikatan logam

Tanda-tanda ikatan logam adalah ciri-ciri sebagai berikut:

1. Multielektronisitas, karena semua elektron valensi berpartisipasi dalam pembentukan ikatan logam;
2. Multicenter, atau delocalization - ikatan menghubungkan secara simultan sejumlah besar atom yang terkandung dalam kristal logam;
3. Isotropi, atau non-directionality - karena pergerakan tanpa hambatan dari gas elektron ke segala arah secara bersamaan, ikatan logam berbentuk bola simetris.

Kristal logam terutama membentuk tiga jenis kisi kristal, namun, beberapa logam, tergantung pada suhu, mungkin memiliki struktur yang berbeda.

Kisi-kisi kristal logam: a) pusat muka kubik (Cu, Au, Ag, Al); b) badan kubik berpusat (Li, Na, Ba, Mo, W, V); c) heksagonal (Mg, Zn, Ti, Cd, Cr)

Ikatan logam ada dalam kristal dan lelehan semua logam dan paduan. Dalam bentuknya yang murni, itu adalah karakteristik logam alkali dan alkali tanah. Dalam transisi d-logam, ikatan antara atom sebagian kovalen.

163120 0

Setiap atom memiliki jumlah elektron tertentu.

Memasuki reaksi kimia, atom menyumbangkan, memperoleh, atau mensosialisasikan elektron, mencapai konfigurasi elektronik yang paling stabil. Konfigurasi dengan energi terendah adalah yang paling stabil (seperti pada atom gas mulia). Pola ini disebut "aturan oktet" (Gbr. 1).

Beras. satu.

Aturan ini berlaku untuk semua jenis koneksi. Ikatan elektronik antar atom memungkinkan mereka untuk membentuk struktur yang stabil, dari kristal paling sederhana hingga biomolekul kompleks yang akhirnya membentuk sistem kehidupan. Mereka berbeda dari kristal dalam metabolisme berkelanjutan mereka. Namun, banyak reaksi kimia berlangsung menurut mekanismenya transfer elektronik, yang memainkan peran penting dalam proses energi dalam tubuh.

Ikatan kimia adalah gaya yang menyatukan dua atau lebih atom, ion, molekul, atau kombinasinya..

Sifat ikatan kimia adalah universal: itu adalah gaya tarik elektrostatik antara elektron bermuatan negatif dan inti bermuatan positif, ditentukan oleh konfigurasi elektron di kulit terluar atom. Kemampuan suatu atom untuk membentuk ikatan kimia disebut valensi, atau keadaan oksidasi. Konsep dari elektron valensi- elektron yang membentuk ikatan kimia, yaitu elektron yang terletak di orbital berenergi paling tinggi. Dengan demikian, kulit terluar atom yang mengandung orbital ini disebut kulit valensi. Saat ini, tidak cukup untuk menunjukkan adanya ikatan kimia, tetapi perlu untuk mengklarifikasi jenisnya: ionik, kovalen, dipol-dipol, logam.

Jenis koneksi pertama adalahionik koneksi

Menurut teori elektron valensi Lewis dan Kossel, atom dapat mencapai konfigurasi elektron yang stabil dalam dua cara: pertama, dengan kehilangan elektron, menjadi kation, kedua, memperolehnya, berubah menjadi anion. Akibat perpindahan elektron, karena adanya gaya tarik-menarik elektrostatik antara ion-ion yang bermuatan berlawanan tanda, maka terbentuklah ikatan kimia yang disebut Kossel. elektrovalen(sekarang disebut ionik).

Dalam hal ini, anion dan kation membentuk konfigurasi elektronik yang stabil dengan kulit elektron terluar yang terisi. Ikatan ionik khas terbentuk dari kation golongan T dan II dari sistem periodik dan anion unsur non-logam dari golongan VI dan VII (masing-masing 16 dan 17 subgrup, kalkogen dan halogen). Ikatan dalam senyawa ionik tidak jenuh dan tidak terarah, sehingga mempertahankan kemungkinan interaksi elektrostatik dengan ion lain. pada gambar. 2 dan 3 menunjukkan contoh ikatan ion yang sesuai dengan model transfer elektron Kossel.

Beras. 2.

Beras. 3. Ikatan ion dalam molekul natrium klorida (NaCl)

Di sini tepat untuk mengingat beberapa sifat yang menjelaskan perilaku zat di alam, khususnya, untuk mempertimbangkan konsep asam dan alasan.

Larutan berair dari semua zat ini adalah elektrolit. Mereka berubah warna dengan cara yang berbeda. indikator. Mekanisme kerja indikator ditemukan oleh F.V. Ostwald. Dia menunjukkan bahwa indikatornya adalah asam atau basa lemah, yang warnanya dalam keadaan tidak terdisosiasi dan terdisosiasi berbeda.

Basa dapat menetralkan asam. Tidak semua basa larut dalam air (misalnya, beberapa senyawa organik yang tidak mengandung gugus -OH tidak larut, khususnya, trietilamina N (C 2 H 5) 3); basa larut disebut alkali.

Larutan asam dalam air masuk ke dalam reaksi karakteristik:

a) dengan oksida logam - dengan pembentukan garam dan air;

b) dengan logam - dengan pembentukan garam dan hidrogen;

c) dengan karbonat - dengan pembentukan garam, BERSAMA 2 dan H 2 HAI.

Sifat asam dan basa dijelaskan oleh beberapa teori. Sesuai dengan teori S.A. Arrhenius, asam adalah zat yang berdisosiasi membentuk ion H+ , sedangkan basa membentuk ion APAKAH DIA- . Teori ini tidak memperhitungkan adanya basa organik yang tidak memiliki gugus hidroksil.

Sejalan dengan proton Menurut teori Bronsted dan Lowry, asam adalah zat yang mengandung molekul atau ion yang menyumbangkan proton ( pendonor proton), dan basa adalah zat yang terdiri dari molekul atau ion yang menerima proton ( akseptor proton). Perhatikan bahwa dalam larutan berair, ion hidrogen ada dalam bentuk terhidrasi, yaitu dalam bentuk ion hidronium H3O+ . Teori ini menjelaskan reaksi tidak hanya dengan air dan ion hidroksida, tetapi juga dilakukan tanpa pelarut atau dengan pelarut tidak berair.

Misalnya, dalam reaksi antara amonia NH 3 (basa lemah) dan hidrogen klorida dalam fase gas, amonium klorida padat terbentuk, dan dalam campuran kesetimbangan dua zat selalu ada 4 partikel, dua di antaranya adalah asam, dan dua lainnya adalah basa:

Campuran kesetimbangan ini terdiri dari dua pasangan asam dan basa terkonjugasi:

1)NH 4+ dan NH 3

2) HCl dan Cl ‑

Di sini, di setiap pasangan terkonjugasi, asam dan basa berbeda satu proton. Setiap asam memiliki basa konjugasi. Asam kuat memiliki basa konjugasi yang lemah, dan asam lemah memiliki basa konjugasi yang kuat.

Teori Bronsted-Lowry memungkinkan untuk menjelaskan peran unik air bagi kehidupan biosfer. Air, tergantung pada zat yang berinteraksi dengannya, dapat menunjukkan sifat asam atau basa. Misalnya, dalam reaksi dengan larutan berair asam asetat, air adalah basa, dan dengan larutan amonia, air adalah asam.

1) CH3COOH + H2O ↔ H 3 O + + CH 3 SOO- . Di sini molekul asam asetat menyumbangkan proton ke molekul air;

2) NH3 + H2O ↔ NH4 + + APAKAH DIA- . Di sini molekul amonia menerima proton dari molekul air.

Dengan demikian, air dapat membentuk dua pasangan terkonjugasi:

1) H2O(asam) dan APAKAH DIA- (basa konjugasi)

2) H 3 O+ (asam) dan H2O(basa konjugasi).

Dalam kasus pertama, air menyumbangkan proton, dan yang kedua, menerimanya.

Sifat seperti itu disebut amfiprotonitas. Zat yang dapat bereaksi baik sebagai asam maupun basa disebut amfoter. Zat seperti itu sering ditemukan di alam. Misalnya, asam amino dapat membentuk garam dengan asam dan basa. Oleh karena itu, peptida dengan mudah membentuk senyawa koordinasi dengan ion logam yang ada.

Dengan demikian, sifat karakteristik ikatan ionik adalah perpindahan lengkap sekelompok elektron pengikat ke salah satu inti. Ini berarti bahwa ada daerah antara ion di mana kerapatan elektron hampir nol.

Jenis koneksi kedua adalahkovalen koneksi

Atom dapat membentuk konfigurasi elektronik yang stabil dengan berbagi elektron.

Ikatan semacam itu terbentuk ketika sepasang elektron digunakan bersama satu per satu. dari setiap atom. Dalam hal ini, elektron ikatan tersosialisasi didistribusikan secara merata di antara atom-atom. Contoh ikatan kovalen adalah homonuklir diatomik molekul H 2 , N 2 , F 2. Alotrop memiliki jenis ikatan yang sama. HAI 2 dan ozon HAI 3 dan untuk molekul poliatomik S 8 dan juga molekul heteronuklear hidrogen klorida Hcl, karbon dioksida BERSAMA 2, metana CH 4, etanol Dengan 2 H 5 APAKAH DIA, belerang heksafluorida SF 6, asetilena Dengan 2 H 2. Semua molekul ini memiliki elektron umum yang sama, dan ikatannya jenuh dan diarahkan dengan cara yang sama (Gbr. 4).

Untuk ahli biologi, penting bahwa jari-jari kovalen atom dalam ikatan rangkap dan rangkap tiga dikurangi dibandingkan dengan ikatan tunggal.

Beras. 4. Ikatan kovalen pada molekul Cl2.

Jenis ikatan ionik dan kovalen adalah dua kasus pembatas dari banyak jenis ikatan kimia yang ada, dan dalam praktiknya sebagian besar ikatan bersifat perantara.

Senyawa dari dua elemen yang terletak di ujung yang berlawanan dari periode yang sama atau berbeda dari sistem Mendeleev sebagian besar membentuk ikatan ion. Ketika unsur-unsur saling mendekati dalam satu periode, sifat ionik senyawanya berkurang, sedangkan sifat kovalennya meningkat. Misalnya, halida dan oksida dari unsur-unsur di sisi kiri tabel periodik membentuk ikatan ionik yang dominan ( NaCl, AgBr, BaSO 4 , CaCO 3 , KNO 3 , CaO, NaOH), dan senyawa yang sama dari unsur-unsur di sisi kanan tabel adalah kovalen ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenol C6H5OH, glukosa C 6 H 12 O 6, etanol C2H5OH).

Ikatan kovalen, pada gilirannya, memiliki modifikasi lain.

Dalam ion poliatomik dan dalam molekul biologis kompleks, kedua elektron hanya dapat berasal dari satu atom. Itu disebut penyumbang pasangan elektron. Atom yang mensosialisasikan pasangan elektron ini dengan donor disebut akseptor pasangan elektron. Jenis ikatan kovalen ini disebut koordinasi (donor-akseptor, ataudatif) komunikasi(Gbr. 5). Jenis ikatan ini paling penting untuk biologi dan kedokteran, karena unsur-unsur kimia d yang paling penting untuk metabolisme sebagian besar dijelaskan oleh ikatan koordinasi.

foto 5.

Sebagai aturan, dalam senyawa kompleks, atom logam bertindak sebagai akseptor pasangan elektron; sebaliknya, dalam ikatan ionik dan kovalen, atom logam adalah donor elektron.

Inti dari ikatan kovalen dan variasinya - ikatan koordinasi - dapat diklarifikasi dengan bantuan teori asam dan basa lain, yang diusulkan oleh GN. Lewis. Dia agak memperluas konsep semantik istilah "asam" dan "basa" menurut teori Bronsted-Lowry. Teori Lewis menjelaskan sifat pembentukan ion kompleks dan partisipasi zat dalam reaksi substitusi nukleofilik, yaitu dalam pembentukan CS.

Menurut Lewis, asam adalah zat yang mampu membentuk ikatan kovalen dengan menerima pasangan elektron dari basa. Basa Lewis adalah zat yang memiliki pasangan elektron bebas, yang, dengan menyumbangkan elektron, membentuk ikatan kovalen dengan asam Lewis.

Artinya, teori Lewis memperluas jangkauan reaksi asam-basa juga ke reaksi di mana proton tidak berpartisipasi sama sekali. Selain itu, proton itu sendiri, menurut teori ini, juga merupakan asam, karena dapat menerima pasangan elektron.

Oleh karena itu, menurut teori ini, kation adalah asam Lewis dan anion adalah basa Lewis. Reaksi berikut adalah contohnya:

Telah dicatat di atas bahwa pembagian zat menjadi zat ionik dan kovalen adalah relatif, karena tidak ada transfer elektron yang lengkap dari atom logam ke atom akseptor dalam molekul kovalen. Dalam senyawa dengan ikatan ion, setiap ion berada dalam medan listrik ion yang berlawanan tanda, sehingga mereka saling terpolarisasi, dan kulitnya berubah bentuk.

Polarisabilitas ditentukan oleh struktur elektronik, muatan dan ukuran ion; lebih tinggi untuk anion daripada kation. Polarisabilitas tertinggi di antara kation adalah untuk kation yang muatannya lebih besar dan ukurannya lebih kecil, misalnya untuk Hg 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Al 3+ , Tl 3+. Memiliki efek polarisasi yang kuat H+ . Karena efek polarisasi ion bersifat dua sisi, ini secara signifikan mengubah sifat senyawa yang mereka bentuk.

Jenis koneksi ketiga -dipol-dipol koneksi

Selain jenis komunikasi yang terdaftar, ada juga dipol-dipol antarmolekul interaksi, juga dikenal sebagai van der Waals .

Kekuatan interaksi ini tergantung pada sifat molekul.

Ada tiga jenis interaksi: dipol permanen - dipol permanen ( dipol-dipol daya tarik); dipol permanen - dipol induksi ( induksi daya tarik); dipol sesaat - dipol induksi ( penyebaran atraksi, atau kekuatan London; Nasi. 6).

Beras. 6.

Hanya molekul dengan ikatan kovalen polar yang memiliki momen dipol-dipol ( HCl, NH 3, SO 2, H 2 O, C 6 H 5 Cl), dan kekuatan ikatannya adalah 1-2 selamat tinggal(1D \u003d 3,338 × 10 -30 coulomb meter - C × m).

Dalam biokimia, jenis ikatan lain dibedakan - hidrogen koneksi, yang merupakan kasus pembatas dipol-dipol daya tarik. Ikatan ini dibentuk oleh daya tarik antara atom hidrogen dan atom elektronegatif kecil, paling sering oksigen, fluor dan nitrogen. Dengan atom besar yang memiliki elektronegativitas yang sama (misalnya, dengan klorin dan belerang), ikatan hidrogen jauh lebih lemah. Atom hidrogen dibedakan oleh satu fitur penting: ketika elektron pengikat ditarik, nukleusnya - proton - terbuka dan berhenti disaring oleh elektron.

Oleh karena itu, atom berubah menjadi dipol besar.

Ikatan hidrogen, tidak seperti ikatan van der Waals, terbentuk tidak hanya selama interaksi antarmolekul, tetapi juga dalam satu molekul - intramolekul ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen memainkan peran penting dalam biokimia, misalnya, untuk menstabilkan struktur protein dalam bentuk -heliks, atau untuk pembentukan heliks ganda DNA (Gbr. 7).

Gbr.7.

Ikatan hidrogen dan van der Waals jauh lebih lemah daripada ikatan ionik, kovalen, dan koordinasi. Energi ikatan antarmolekul ditunjukkan pada Tabel. satu.

Tabel 1. Energi gaya antarmolekul

Catatan: Derajat interaksi antarmolekul mencerminkan entalpi leleh dan penguapan (mendidih). Senyawa ionik membutuhkan lebih banyak energi untuk memisahkan ion daripada untuk memisahkan molekul. Entalpi leleh senyawa ionik jauh lebih tinggi daripada senyawa molekuler.

Jenis koneksi keempat -ikatan logam

Akhirnya, ada jenis ikatan antarmolekul lain - logam: koneksi ion positif dari kisi logam dengan elektron bebas. Jenis koneksi ini tidak terjadi pada objek biologis.

Dari tinjauan singkat tentang jenis ikatan, satu detail muncul: parameter penting dari atom atau ion logam - donor elektron, serta atom - akseptor elektron adalah miliknya. ukuran.

Tanpa masuk ke rincian, kami mencatat bahwa jari-jari kovalen atom, jari-jari ionik logam, dan jari-jari van der Waals dari molekul yang berinteraksi meningkat ketika nomor atom mereka dalam kelompok sistem periodik meningkat. Dalam hal ini, nilai jari-jari ion adalah yang terkecil, dan jari-jari van der Waals adalah yang terbesar. Sebagai aturan, ketika bergerak ke bawah satu kelompok, jari-jari semua elemen meningkat, baik kovalen maupun van der Waals.

Yang paling penting bagi ahli biologi dan dokter adalah koordinasi(donor-akseptor) ikatan dipertimbangkan oleh kimia koordinasi.

Bioanorganik medis. GK Barashkov

Pelajaran ini akan membahas beberapa jenis ikatan kimia: logam, hidrogen, dan van der Waals, dan Anda juga akan mempelajari bagaimana sifat fisika dan kimia bergantung pada berbagai jenis ikatan kimia dalam suatu zat.

Topik: Jenis ikatan kimia

Pelajaran: Ikatan kimia logam dan hidrogen

sambungan logam itu adalah jenis ikatan dalam logam dan paduannya antara atom atau ion logam dan elektron yang relatif bebas (gas elektron) dalam kisi kristal.

Logam adalah unsur kimia dengan keelektronegatifan rendah, sehingga mudah menyumbangkan elektron valensinya. Jika ada non-logam di sebelah unsur logam, maka elektron dari atom logam berpindah ke non-logam. Jenis koneksi ini disebut ionik(Gbr. 1).

Beras. 1. Pendidikan

Kapan zat sederhana logam atau mereka paduan, situasinya berubah.

Selama pembentukan molekul, orbital elektron logam tidak tetap tidak berubah. Mereka berinteraksi satu sama lain, membentuk orbital molekul baru. Bergantung pada komposisi dan struktur senyawa, orbital molekul dapat mendekati totalitas orbital atom atau berbeda secara signifikan darinya. Ketika orbital elektron atom logam berinteraksi, orbital molekul terbentuk. Sedemikian rupa sehingga elektron valensi atom logam dapat bergerak bebas di sepanjang orbital molekul ini. Tidak ada pemisahan lengkap, muatan, mis. logam bukanlah kumpulan kation dan elektron yang melayang-layang. Tapi ini bukan kumpulan atom, yang terkadang berubah menjadi bentuk kationik dan mentransfer elektronnya ke kation lain. Situasi sebenarnya adalah kombinasi dari dua opsi ekstrem ini.

Beras. 2

Inti dari pembentukan ikatan logam tersusun berikut ini: atom logam menyumbangkan elektron terluar, dan beberapa di antaranya berubah menjadi ion bermuatan positif. Rusak dari atom e elektron bergerak relatif bebas antara muncul positifion logam. Ikatan logam muncul di antara partikel-partikel ini, yaitu elektron, seolah-olah, menyemen ion positif dalam kisi logam (Gbr. 2).

Kehadiran ikatan logam menentukan sifat fisik logam:

Plastisitas tinggi

Konduktivitas panas dan listrik

Kemilau metalik

Plastik adalah kemampuan suatu material untuk dengan mudah berubah bentuk di bawah beban mekanis. Ikatan logam diwujudkan antara semua atom logam secara bersamaan, oleh karena itu, selama aksi mekanis pada logam, ikatan spesifik tidak terputus, tetapi hanya posisi atom yang berubah. Atom-atom logam yang tidak terikat secara kaku satu sama lain dapat, seolah-olah, meluncur di atas lapisan gas elektron, seperti yang terjadi ketika satu gelas meluncur di atas gelas lainnya dengan lapisan air di antaranya. Karena ini, logam dapat dengan mudah berubah bentuk atau digulung menjadi foil tipis. Logam yang paling ulet adalah emas murni, perak dan tembaga. Semua logam ini terjadi secara alami di alam dalam berbagai tingkat kemurnian. Beras. 3.

Beras. 3. Logam yang ditemukan di alam dalam bentuk asli

Dari mereka, terutama dari emas, berbagai ornamen dibuat. Karena plastisitasnya yang luar biasa, emas digunakan dalam dekorasi istana. Dari situ Anda bisa menggulung foil dengan ketebalan hanya 3. 10 -3mm. Ini disebut daun emas, diterapkan pada plester, cetakan atau benda lain.

Konduktivitas termal dan listrik . Penghantar listrik terbaik adalah tembaga, perak, emas, dan aluminium. Tetapi karena emas dan perak adalah logam yang mahal, tembaga dan aluminium yang lebih murah digunakan untuk membuat kabel. Konduktor listrik terburuk adalah mangan, timbal, merkuri, dan tungsten. Tungsten memiliki hambatan listrik yang tinggi sehingga bersinar ketika arus listrik melewatinya. Properti ini digunakan dalam pembuatan lampu pijar.

Suhu tubuh adalah ukuran energi atom atau molekul penyusunnya. Gas elektron suatu logam dapat dengan cepat mentransfer kelebihan energi dari satu ion atau atom ke atom lainnya. Suhu logam dengan cepat menyamakan seluruh volume, bahkan jika pemanasan datang dari satu sisi. Ini diamati, misalnya, jika Anda menurunkan sendok logam ke dalam teh.

Kilauan logam. Kilau adalah kemampuan tubuh untuk memantulkan sinar cahaya. Perak, aluminium dan paladium memiliki reflektifitas cahaya yang tinggi. Oleh karena itu, logam-logam inilah yang diaplikasikan dalam lapisan tipis pada permukaan kaca dalam pembuatan lampu depan, proyektor, dan kaca spion.

ikatan hidrogen

Pertimbangkan titik didih dan titik leleh senyawa hidrogen dari chalcogens: oksigen, belerang, selenium, dan telurium. Beras. 4.

Beras. 4

Jika kita memperkirakan secara mental titik didih dan titik leleh langsung senyawa hidrogen dari belerang, selenium dan telurium, kita akan melihat bahwa titik leleh air harus kira-kira -100 0 C, dan titik didih harus kira-kira -80 0 C. Hal ini terjadi karena ada interaksi - ikatan hidrogen, yang menyatukan molekul air ke asosiasi . Energi tambahan diperlukan untuk menghancurkan rekan-rekan ini.

Ikatan hidrogen terbentuk antara atom hidrogen yang sangat terpolarisasi, bermuatan sangat positif dan atom lain dengan elektronegativitas yang sangat tinggi: fluor, oksigen, atau nitrogen . Contoh zat yang mampu membentuk ikatan hidrogen ditunjukkan pada gambar. 5.

Beras. 5

Pertimbangkan pembentukan ikatan hidrogen antar molekul air. Ikatan hidrogen diwakili oleh tiga titik. Terjadinya ikatan hidrogen adalah karena fitur unik dari atom hidrogen. Karena atom hidrogen hanya mengandung satu elektron, ketika pasangan elektron yang sama ditarik oleh atom lain, inti atom hidrogen terpapar, muatan positif yang bekerja pada elemen elektronegatif dalam molekul zat.

Bandingkan Properti etil alkohol dan dimetil eter. Berdasarkan struktur zat tersebut, maka etil alkohol dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul. Hal ini disebabkan adanya gugus hidrokso. Dimetil eter tidak dapat membentuk ikatan hidrogen antarmolekul.

Mari kita bandingkan propertinya pada Tabel 1.

tab. satu

T bp., T pl, kelarutan dalam air lebih tinggi untuk etil alkohol. Ini adalah pola umum untuk zat antara molekul yang membentuk ikatan hidrogen. Zat-zat ini dicirikan oleh T bp., T pl yang lebih tinggi, kelarutan dalam air dan volatilitas yang lebih rendah.

Properti fisik senyawa juga bergantung pada berat molekul zat. Oleh karena itu, sah untuk membandingkan sifat fisik zat dengan ikatan hidrogen hanya untuk zat dengan berat molekul yang sama.

Energi satu ikatan hidrogen sekitar 10 kali lebih sedikit energi ikatan kovalen. Jika molekul organik dari komposisi kompleks memiliki beberapa gugus fungsi yang mampu membentuk ikatan hidrogen, maka ikatan hidrogen intramolekul (protein, DNA, asam amino, orthonitrophenol, dll.) dapat terbentuk di dalamnya. Karena ikatan hidrogen, struktur sekunder protein, heliks ganda DNA, terbentuk.

Sambungan Van der Waals.

Pertimbangkan gas mulia. Senyawa helium belum diperoleh. Itu tidak mampu membentuk ikatan kimia konvensional.

Pada suhu yang sangat negatif, helium cair dan bahkan padat dapat diperoleh. Dalam keadaan cair, atom helium disatukan oleh gaya tarik elektrostatik. Ada tiga opsi untuk kekuatan ini:

kekuatan orientasi. Ini adalah interaksi antara dua dipol (HCl)

Daya tarik induktif. Ini adalah gaya tarik dipol dan molekul non-polar.

daya tarik dispersi. Ini adalah interaksi antara dua molekul non-polar (He). Itu muncul karena pergerakan elektron yang tidak merata di sekitar nukleus.

Menyimpulkan pelajaran

Pelajaran membahas tiga jenis ikatan kimia: logam, hidrogen dan van der Waals. Ketergantungan sifat fisik dan kimia pada berbagai jenis ikatan kimia dalam suatu zat dijelaskan.

Bibliografi

1. Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar Kimia Umum. Kelas 11: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Popel P.P. Kimia: kelas 8: buku teks untuk lembaga pendidikan umum / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K .: Pusat Informasi "Akademi", 2008. - 240 hal.: sakit.

3. Gabrielyan O.S. Kimia. Kelas 11. Sebuah tingkat dasar. edisi ke-2, ster. - M.: Bustard, 2007. - 220 hal.

Pekerjaan rumah

1. No. 2, 4, 6 (hal. 41) Rudzitis G.E. Kimia. Dasar-dasar Kimia Umum. Kelas 11: buku teks untuk lembaga pendidikan: tingkat dasar / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - edisi ke-14. - M.: Pendidikan, 2012.

2. Mengapa tungsten digunakan untuk membuat bulu lampu pijar?

3. Apa yang menjelaskan tidak adanya ikatan hidrogen dalam molekul aldehida?

Semua unsur kimia yang diketahui saat ini terletak dalam tabel periodik secara kondisional dibagi menjadi dua kelompok besar: logam dan non-logam. Agar tidak hanya menjadi unsur, tetapi senyawa, bahan kimia, untuk dapat berinteraksi satu sama lain, mereka harus ada dalam bentuk zat sederhana dan kompleks.

Untuk inilah beberapa elektron mencoba menerima, sementara yang lain - untuk memberi. Saling mengisi dengan cara ini, unsur-unsur membentuk berbagai molekul kimia. Tapi apa yang membuat mereka tetap bersama? Mengapa ada zat dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga bahkan alat yang paling serius pun tidak dapat menghancurkannya? Dan yang lain, sebaliknya, dihancurkan oleh dampak sekecil apa pun. Semua ini dijelaskan oleh pembentukan berbagai jenis ikatan kimia antara atom dalam molekul, pembentukan kisi kristal dari struktur tertentu.

Jenis ikatan kimia dalam senyawa

Secara total, 4 jenis utama ikatan kimia dapat dibedakan.

1. kovalen non polar. Ini terbentuk antara dua non-logam yang identik karena sosialisasi elektron, pembentukan pasangan elektron yang sama. Partikel valensi tidak berpasangan mengambil bagian dalam pembentukannya. Contoh: halogen, oksigen, hidrogen, nitrogen, belerang, fosfor.
2. kovalen polar. Ini terbentuk antara dua non-logam yang berbeda atau antara logam yang sangat lemah dalam sifat dan non-logam yang lemah dalam keelektronegatifan. Hal ini juga didasarkan pada pasangan elektron umum dan tarikan mereka ke arah diri sendiri oleh atom itu, yang afinitas elektronnya lebih tinggi. Contoh: NH 3, SiC, P 2 O 5 dan lain-lain.
3. Ikatan hidrogen. Yang paling tidak stabil dan lemah, terbentuk antara atom yang sangat elektronegatif dari satu molekul dan yang positif dari yang lain. Paling sering ini terjadi ketika zat dilarutkan dalam air (alkohol, amonia, dan sebagainya). Berkat hubungan ini, makromolekul protein, asam nukleat, karbohidrat kompleks, dan sebagainya dapat eksis.
4. Ikatan ionik. Ini terbentuk karena gaya tarik elektrostatik dari ion logam dan non-logam yang bermuatan berbeda. Semakin kuat perbedaan dalam indikator ini, semakin jelas sifat ionik dari interaksi tersebut. Contoh senyawa: garam biner, senyawa kompleks - basa, garam.
5. Ikatan logam, yang mekanisme pembentukannya, serta sifat-sifatnya, akan dibahas lebih lanjut. Itu terbentuk dalam logam, paduannya dari berbagai jenis.

Ada yang namanya kesatuan ikatan kimia. Itu hanya mengatakan bahwa tidak mungkin untuk mempertimbangkan setiap ikatan kimia sebagai referensi. Mereka semua hanyalah unit nominal. Bagaimanapun, semua interaksi didasarkan pada satu prinsip - interaksi statis elektron. Oleh karena itu, ikatan ionik, logam, kovalen dan ikatan hidrogen memiliki sifat kimia tunggal dan hanya kasus batas satu sama lain.

Logam dan sifat fisiknya

Logam berada di sebagian besar di antara semua unsur kimia. Ini karena sifat khusus mereka. Sebagian besar dari mereka diperoleh oleh manusia dengan reaksi nuklir di laboratorium, mereka radioaktif dengan waktu paruh yang pendek.

Namun, mayoritas adalah unsur alam yang membentuk batuan dan bijih utuh dan merupakan bagian dari senyawa yang paling penting. Dari merekalah orang belajar membuat paduan dan membuat banyak produk yang indah dan penting. Ini seperti tembaga, besi, aluminium, perak, emas, kromium, mangan, nikel, seng, timah dan banyak lainnya.

Untuk semua logam, sifat fisik umum dapat dibedakan, yang dijelaskan oleh skema pembentukan ikatan logam. Apa saja properti ini?

1. kelenturan dan plastisitas. Diketahui bahwa banyak logam dapat digulung bahkan ke keadaan foil (emas, aluminium). Dari yang lain, diperoleh kawat, lembaran logam fleksibel, produk yang dapat berubah bentuk karena benturan fisik, tetapi segera mengembalikan bentuknya setelah penghentiannya. Kualitas logam inilah yang disebut kelenturan dan keuletan. Alasan untuk fitur ini adalah jenis sambungan logam. Ion dan elektron dalam slide kristal relatif satu sama lain tanpa putus, yang memungkinkan untuk mempertahankan integritas seluruh struktur.
2. Kilauan logam. Ini juga menjelaskan ikatan logam, mekanisme pembentukan, karakteristik dan fitur-fiturnya. Jadi, tidak semua partikel mampu menyerap atau memantulkan gelombang cahaya dengan panjang gelombang yang sama. Atom-atom sebagian besar logam memantulkan sinar dengan panjang gelombang pendek dan memperoleh warna perak, putih, pucat kebiruan yang hampir sama. Pengecualiannya adalah tembaga dan emas, warnanya masing-masing merah-kemerahan dan kuning. Mereka mampu memantulkan radiasi dengan panjang gelombang yang lebih panjang.
3. Konduktivitas termal dan listrik. Sifat-sifat ini juga dijelaskan oleh struktur kisi kristal dan fakta bahwa jenis ikatan logam diwujudkan dalam pembentukannya. Karena "gas elektron" bergerak di dalam kristal, arus listrik dan panas langsung dan merata di antara semua atom dan ion dan dihantarkan melalui logam.
4. Keadaan agregasi yang solid dalam kondisi normal. Satu-satunya pengecualian di sini adalah merkuri. Semua logam lain pasti kuat, senyawa padat, serta paduannya. Ini juga merupakan hasil dari adanya ikatan logam dalam logam. Mekanisme pembentukan jenis pengikatan partikel ini sepenuhnya menegaskan sifat-sifatnya.

Ini adalah karakteristik fisik utama untuk logam, yang dijelaskan dan ditentukan oleh skema pembentukan ikatan logam. Metode menghubungkan atom ini relevan secara khusus untuk elemen logam, paduannya. Artinya, bagi mereka dalam keadaan padat dan cair.

Ikatan kimia jenis logam

Apa kekhasannya? Masalahnya adalah ikatan semacam itu terbentuk bukan karena ion bermuatan berbeda dan daya tarik elektrostatiknya, dan bukan karena perbedaan keelektronegatifan dan adanya pasangan elektron bebas. Artinya, ikatan ionik, logam, kovalen memiliki sifat dan ciri khas yang sedikit berbeda dari partikel yang terikat.

Semua logam memiliki karakteristik sebagai berikut:

• sejumlah kecil elektron per (kecuali untuk beberapa pengecualian, yang mungkin memiliki 6,7 dan 8);
• jari-jari atom besar;
• energi ionisasi rendah.

Semua ini berkontribusi pada pemisahan yang mudah dari elektron luar yang tidak berpasangan dari nukleus. Dalam hal ini, atom memiliki banyak orbital bebas. Skema pembentukan ikatan logam hanya akan menunjukkan tumpang tindih banyak sel orbital atom yang berbeda satu sama lain, yang, sebagai hasilnya, membentuk ruang intrakristalin yang sama. Elektron dimasukkan ke dalamnya dari setiap atom, yang mulai berkeliaran dengan bebas di berbagai bagian kisi. Secara berkala, masing-masing dari mereka menempel pada ion di situs kristal dan mengubahnya menjadi atom, kemudian terlepas lagi, membentuk ion.

Jadi, ikatan logam adalah ikatan antara atom, ion, dan elektron bebas dalam kristal logam biasa. Awan elektron yang bergerak bebas dalam suatu struktur disebut "gas elektron". Ini menjelaskan sebagian besar logam dan paduannya.

Bagaimana tepatnya ikatan kimia logam mewujudkan dirinya sendiri? Berbagai contoh dapat diberikan. Mari kita coba pertimbangkan sepotong lithium. Bahkan jika Anda menganggapnya seukuran kacang polong, akan ada ribuan atom. Mari kita bayangkan bahwa masing-masing dari ribuan atom ini menyumbangkan elektron valensi tunggalnya ke ruang kristal umum. Pada saat yang sama, mengetahui struktur elektronik suatu unsur, orang dapat melihat jumlah orbital kosong. Lithium akan memiliki 3 di antaranya (orbital p dari tingkat energi kedua). Tiga untuk setiap atom dari puluhan ribu - ini adalah ruang bersama di dalam kristal, di mana "gas elektron" bergerak bebas.

Suatu zat dengan ikatan logam selalu kuat. Bagaimanapun, gas elektron tidak membiarkan kristal runtuh, tetapi hanya menggeser lapisan dan segera pulih. Itu bersinar, memiliki kepadatan tertentu (paling sering tinggi), peleburan, kelenturan dan plastisitas.

Di mana lagi ikatan logam diwujudkan? Contoh zat:

• logam dalam bentuk struktur sederhana;
• semua paduan logam satu sama lain;
• semua logam dan paduannya dalam keadaan cair dan padat.

Ada banyak sekali contoh spesifik, karena ada lebih dari 80 logam dalam sistem periodik!

Ikatan logam: mekanisme pembentukan

Jika kita mempertimbangkannya secara umum, maka kami telah menguraikan poin-poin utama di atas. Adanya elektron bebas dan elektron yang mudah terlepas dari inti karena energi ionisasi yang rendah merupakan syarat utama terbentuknya ikatan jenis ini. Jadi, ternyata diimplementasikan di antara partikel-partikel berikut:

• atom di simpul kisi kristal;
• elektron bebas, yang merupakan valensi dalam logam;
• ion di lokasi kisi kristal.

Hasil akhirnya adalah ikatan logam. Mekanisme pembentukan secara umum dinyatakan dengan notasi berikut: Me 0 - e - Me n+. Jelas dari diagram partikel mana yang ada dalam kristal logam.

Kristal itu sendiri dapat memiliki bentuk yang berbeda. Itu tergantung pada zat spesifik yang kita hadapi.

Jenis kristal logam

Struktur logam atau paduannya ini dicirikan oleh pengepakan partikel yang sangat padat. Ini disediakan oleh ion pada simpul kristal. Kisi-kisi itu sendiri dapat memiliki bentuk geometris yang berbeda di ruang angkasa.

1. Kisi kubik volume-sentris - logam alkali.
2. Struktur kompak heksagonal - semua alkali tanah kecuali barium.
3. Kubus berpusat muka - aluminium, tembaga, seng, banyak logam transisi.
4. Struktur Rhombohedral - dalam merkuri.
5. Tetragonal - indium.

Semakin rendah letaknya dalam sistem periodik, semakin kompleks pengemasannya dan organisasi spasial kristal. Dalam hal ini, ikatan kimia logam, contohnya yang dapat diberikan untuk setiap logam yang ada, sangat menentukan dalam konstruksi kristal. Paduan memiliki organisasi yang sangat beragam di ruang angkasa, beberapa di antaranya masih belum sepenuhnya dipahami.

Karakteristik komunikasi: non-directional

Ikatan kovalen dan logam memiliki satu ciri pembeda yang sangat menonjol. Berbeda dengan yang pertama, ikatan logam tidak terarah. Apa artinya? Artinya, awan elektron di dalam kristal bergerak sepenuhnya bebas dalam batas-batasnya ke arah yang berbeda, masing-masing elektron dapat bergabung secara mutlak dengan ion apa pun di simpul struktur. Artinya, interaksi dilakukan dalam arah yang berbeda. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa ikatan logam adalah non-directional.

Mekanisme ikatan kovalen melibatkan pembentukan pasangan elektron yang sama, yaitu awan atom yang tumpang tindih. Selain itu, itu terjadi secara ketat di sepanjang garis tertentu yang menghubungkan pusat-pusat mereka. Karena itu, mereka berbicara tentang arah koneksi semacam itu.

saturasi

Karakteristik ini mencerminkan kemampuan atom untuk memiliki interaksi terbatas atau tidak terbatas dengan orang lain. Jadi, ikatan kovalen dan logam dalam indikator ini sekali lagi berlawanan.

Yang pertama adalah jenuh. Atom-atom yang berpartisipasi dalam pembentukannya memiliki jumlah elektron terluar valensi yang ditentukan secara ketat yang terlibat langsung dalam pembentukan senyawa. Lebih dari itu, ia tidak akan memiliki elektron. Oleh karena itu, jumlah ikatan yang terbentuk dibatasi oleh valensi. Oleh karena itu kejenuhan koneksi. Karena karakteristik ini, sebagian besar senyawa memiliki komposisi kimia yang konstan.

Ikatan logam dan hidrogen, di sisi lain, tidak jenuh. Ini karena adanya banyak elektron dan orbital bebas di dalam kristal. Ion juga berperan dalam simpul kisi kristal, yang masing-masing dapat menjadi atom dan lagi-lagi menjadi ion setiap saat.

Karakteristik lain dari ikatan logam adalah delokalisasi awan elektron internal. Ini memanifestasikan dirinya dalam kemampuan sejumlah kecil elektron umum untuk mengikat banyak inti atom logam. Artinya, kepadatan tampaknya terdelokalisasi, didistribusikan secara merata di antara semua mata rantai kristal.

Contoh pembentukan ikatan pada logam

Mari kita lihat beberapa opsi spesifik yang menggambarkan bagaimana ikatan logam terbentuk. Contoh zat adalah sebagai berikut:

• seng;
• aluminium;
• kalium;
• kromium.

Pembentukan ikatan logam antara atom seng: Zn 0 - 2e - Zn 2+. Atom seng memiliki empat tingkat energi. Orbital bebas, berdasarkan struktur elektroniknya, memiliki 15 - 3 di orbital p, 5 di 4d dan 7 di 4f. Struktur elektroniknya adalah sebagai berikut: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 0 4d 0 4f 0, ada 30 elektron dalam atom. Artinya, dua partikel negatif valensi bebas dapat bergerak dalam 15 orbital yang luas dan tidak berpenghuni. Dan begitu juga dengan setiap atom. Akibatnya - ruang bersama yang sangat besar, terdiri dari orbital kosong, dan sejumlah kecil elektron yang mengikat seluruh struktur menjadi satu.

Ikatan logam antara atom aluminium: AL 0 - e - AL 3+. Tiga belas elektron dari atom aluminium terletak pada tiga tingkat energi, yang jelas-jelas mereka miliki secara berlebihan. Struktur elektronik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Orbital gratis - 7 buah. Jelas, awan elektron akan kecil dibandingkan dengan total ruang bebas internal dalam kristal.

Ikatan logam krom. Unsur ini istimewa dalam struktur elektroniknya. Memang, untuk menstabilkan sistem, elektron jatuh dari 4s ke orbital 3d: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4p 0 4d 0 4f 0 . Ada 24 elektron secara total, enam di antaranya adalah valensi. Merekalah yang masuk ke ruang elektronik bersama untuk membentuk ikatan kimia. Ada 15 orbital bebas, yang masih lebih banyak dari yang dibutuhkan untuk diisi. Oleh karena itu, kromium juga merupakan contoh khas dari logam dengan ikatan yang sesuai dalam molekulnya.

Salah satu logam yang paling aktif, bereaksi bahkan dengan air biasa dengan pengapian, adalah kalium. Apa yang menjelaskan sifat-sifat ini? Sekali lagi, dalam banyak hal - jenis koneksi logam. Unsur ini hanya memiliki 19 elektron, tetapi mereka sudah berada pada 4 tingkat energi. Yaitu, pada 30 orbital dari sublevel yang berbeda. Struktur elektronik: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0 4p 0 4d 0 4f 0 . Hanya dua dengan energi ionisasi yang sangat rendah. Bebas keluar dan masuk ke ruang elektronik umum. Ada 22 orbital untuk menggerakkan satu atom, yaitu ruang bebas yang sangat besar untuk "gas elektron".

Persamaan dan perbedaan dengan jenis hubungan lainnya

Secara umum, masalah ini telah dibahas di atas. Kami hanya bisa menggeneralisasi dan menarik kesimpulan. Fitur pembeda utama kristal logam dari semua jenis komunikasi lainnya adalah:

• beberapa jenis partikel yang terlibat dalam proses pengikatan (atom, ion atau atom-ion, elektron);
• struktur geometris spasial kristal yang berbeda.

Dengan ikatan hidrogen dan ion, ikatan logam tidak jenuh dan tidak terarah. Dengan kutub kovalen - tarikan elektrostatik yang kuat antara partikel. Secara terpisah dari ion - jenis partikel di simpul kisi kristal (ion). Dengan kovalen non-polar - atom di node kristal.

Jenis ikatan dalam logam dengan keadaan agregasi yang berbeda

Seperti yang kami sebutkan di atas, ikatan kimia logam, contohnya yang diberikan dalam artikel, terbentuk dalam dua keadaan agregasi logam dan paduannya: padat dan cair.

Timbul pertanyaan: apa jenis ikatan dalam uap logam? Jawaban: kovalen polar dan non polar. Seperti pada semua senyawa yang berwujud gas. Artinya, dengan pemanasan logam yang berkepanjangan dan perpindahannya dari keadaan padat ke cair, ikatan tidak putus dan struktur kristal dipertahankan. Namun, ketika harus mentransfer cairan ke keadaan uap, kristal dihancurkan dan ikatan logam diubah menjadi ikatan kovalen.

Klasifikasi bahan

Saat ini, semua bahan modern diterima untuk diklasifikasikan sesuai.

Yang paling penting dalam teknologi adalah klasifikasi menurut fungsional dan struktural tanda-tanda bahan.

Kriteria utama untuk klasifikasi bahan oleh fitur struktural adalah keadaan agregasi, tergantung di mana mereka dibagi menjadi beberapa jenis berikut: bahan padat, cairan, gas, plasma.

Bahan padat, pada gilirannya, dibagi menjadi kristal dan non-kristal.

Bahan kristal dapat dibagi menurut jenis ikatan antar partikel: atom (kovalen), ionik, logam, molekul (Gbr. 2.1.).

Jenis ikatan antar atom (molekul) dalam kristal

Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif dan elektron yang bergerak di sekitarnya (bermuatan negatif). Sebuah atom dalam keadaan diam adalah netral secara listrik. Bedakan antara elektron eksternal (valensi), yang hubungannya dengan nukleus tidak signifikan dan internal - terhubung erat dengan nukleus.

Pembentukan kisi kristal terjadi sebagai berikut. Selama transisi dari cair ke kristal, jarak antara atom berkurang, dan gaya interaksi di antara mereka meningkat.

Hubungan antara atom dilakukan oleh gaya elektrostatik, mis. secara alami, koneksi adalah satu - ia memiliki sifat listrik, tetapi memanifestasikan dirinya secara berbeda dalam kristal yang berbeda. Ada jenis ikatan berikut: ionik, kovalen, polar, logam.

Jenis ikatan kovalen

Ikatan kovalen terbentuk karena pasangan elektron umum yang muncul di kulit atom yang terikat.

Dia mungkin dibentuk oleh atom-atom dari unsur yang sama dan kemudian bersifat non-polar; misalnya, ikatan kovalen seperti itu ada dalam molekul gas berunsur tunggal H 2, O 2, N 2, Cl 2, dll.

Ikatan kovalen dapat berupa dibentuk oleh atom-atom dari unsur-unsur yang berbeda, serupa dalam sifat kimia, dan kemudian bersifat polar; misalnya, ikatan kovalen seperti itu ada dalam molekul H 2 O, NF 3 , CO 2 .

Ikatan kovalen terbentuk antara atom-atom unsur yang bersifat elektronegatif.

Dengan jenis ikatan ini, sosialisasi elektron valensi bebas atom tetangga dilakukan. Dalam upaya untuk memperoleh kulit valensi stabil yang terdiri dari 8 elektron, atom bergabung menjadi molekul, membentuk satu atau lebih pasangan elektron, yang menjadi umum untuk atom penghubung, yaitu. secara bersamaan merupakan bagian dari kulit elektron dua atom.

Bahan dengan ikatan kovalen sangat rapuh, tetapi memiliki kekerasan tinggi (berlian). Ini adalah, sebagai suatu peraturan, dielektrik atau semikonduktor (germanium, silikon). muatan listrik saling berhubungan, dan tidak ada elektron bebas.

Atom-atom dalam molekul gas sederhana dihubungkan oleh ikatan kovalen (H 2, Cl 2, dll.)

Satu-satunya zat yang diketahui manusia dengan contoh ikatan kovalen antara logam dan karbon adalah sianokobalamin, yang dikenal sebagai vitamin B12.

Kristal ionik (NaCl)

Ikatan ionik adalah ikatan kimia berpendidikan atas biaya gaya tarik elektrostatik antara kation dan anion.

Pembentukan kristal tersebut dibentuk oleh transisi elektron atom dari satu jenis ke atom lain dari Na ke Cl. Atom yang kehilangan elektron menjadi ion bermuatan positif, sedangkan atom yang mendapatkan elektron menjadi ion negatif. Pendekatan ion dari tanda yang berbeda terjadi sampai gaya tolak nukleus dan kulit elektron menyeimbangkan gaya tarik-menarik. Sebagian besar dielektrik mineral dan beberapa bahan organik memiliki ikatan ionik (NaCl, CsCl, CaF2).

Padatan terikat ionik dalam banyak kasus kuat secara mekanis, tahan suhu, tetapi sering rapuh. Bahan dengan jenis sambungan ini tidak digunakan sebagai bahan struktural.

Jenis sambungan logam

Dalam logam, ikatan antara atom individu terbentuk karena interaksi inti bermuatan positif dan elektron kolektif, yang bergerak bebas dalam ruang interatomik. Elektron ini memainkan peran semen, memegang ion positif bersama-sama; jika tidak, kisi akan hancur di bawah aksi gaya tolak menolak antara ion. Pada saat yang sama, elektron juga ditahan oleh ion di dalam kisi kristal dan tidak dapat meninggalkannya. Ikatan seperti ini disebut ikatan logam.

Kehadiran elektron bebas menyebabkan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi dari logam, dan juga merupakan alasan kecemerlangan logam. Daktilitas logam dijelaskan oleh pergerakan dan geser lapisan individu atom.

Praktis dalam bahan apa pun tidak ada satu, tetapi beberapa jenis ikatan. Sifat bahan ditentukan oleh jenis ikatan kimia yang dominan dari atom dan molekul zat bahan.

Dari bahan atom-kristalin yang strukturnya didominasi oleh ikatan kovalen, modifikasi polimorfik bahan karbon dan semikonduktor berdasarkan unsur golongan IV dari sistem periodik unsur paling penting dalam teknologi. Perwakilan khas dari yang pertama adalah berlian dan grafit - modifikasi karbon yang paling umum dan stabil dengan struktur berlapis di kerak bumi. Semikonduktor kristal germanium dan silikon adalah bahan utama elektronik semikonduktor.

Yang sangat menarik adalah beberapa senyawa dengan ikatan kovalen, seperti Fe 3 C, SiO, AlN - senyawa ini memainkan peran penting dalam paduan teknis.

Ke dalam koleksi yang luas kristal ion bahan yang memiliki struktur kristal dengan ikatan ionik antara lain oksida logam (senyawa logam dengan oksigen), yang merupakan komponen bijih terpenting, bahan tambahan teknologi dalam peleburan logam, serta senyawa kimia logam dan nonlogam (boron , karbon, nitrogen), yang digunakan sebagai komponen paduan.

Jenis ikatan logam adalah karakteristik lebih dari 80 elemen tabel periodik.

Ke padatan kristal bahan dengan struktur juga dapat dikaitkan kristal molekul, yang merupakan karakteristik dari banyak bahan polimer yang molekulnya terdiri dari sejumlah besar unit berulang. Ini adalah biopolimer - senyawa alami bermolekul tinggi dan turunannya (termasuk kayu); polimer sintetik yang berasal dari senyawa organik sederhana yang molekulnya memiliki rantai utama anorganik dan tidak mengandung gugus samping organik. Polimer anorganik termasuk silikat dan pengikat. Silikat alami adalah kelas mineral pembentuk batuan yang paling penting yang membentuk sekitar 80% dari massa kerak bumi. Pengikat anorganik termasuk semen, gipsum, kapur, dll. Kristal molekul gas inert - elemen kelompok VIII dari sistem periodik - menguap pada suhu rendah tanpa beralih ke keadaan cair. Mereka menemukan aplikasi dalam cryoelectronics, yang terlibat dalam pembuatan perangkat elektronik berdasarkan fenomena yang terjadi dalam padatan pada suhu kriogenik.

Beras. 1.2. Susunan atom dalam materi kristal (a) dan amorf (b)

Bahan kelas kedua adalah bahan padat non-kristal. Mereka dibagi berdasarkan keteraturan dan stabilitas struktur menjadi amorf, seperti kaca dan non-kaca dalam keadaan setengah tidak teratur.

Perwakilan khas dari bahan amorf adalah semikonduktor amorf, logam dan paduan amorf.

Ke grup seperti kaca bahan meliputi: sejumlah polimer organik (polimetil akrilat pada suhu di bawah 105 ° C, polivinil klorida - di bawah 82 ° C dan lainnya); banyak bahan anorganik - kaca anorganik berdasarkan oksida silikon, boron, aluminium, fosfor, dll .; banyak bahan untuk pengecoran batu - basal dan diabas dengan struktur kaca, terak metalurgi, karbonat alami dengan struktur pulau dan rantai (dolomit, napal, marmer, dll.).

Dalam keadaan non-kaca, semi-tidak teratur, ada jeli (sistem pelarut polimer terstruktur yang terbentuk selama pemadatan larutan polimer atau pembengkakan polimer padat), banyak polimer sintetis dalam keadaan sangat elastis, karet dan karet, sebagian besar bahan berdasarkan biopolimer, termasuk bahan tekstil dan kulit, dan juga pengikat organik - bitumen, tar, pitch, dll.

Menurut fungsi bahan teknis dibagi menjadi beberapa kelompok berikut.

Bahan bangunan - bahan padat yang dimaksudkan untuk pembuatan produk yang mengalami tekanan mekanis. Mereka harus memiliki seperangkat sifat mekanik yang memberikan kinerja dan masa pakai produk yang diperlukan saat terpapar ke lingkungan kerja, suhu, dan faktor lainnya.

Beras. 1.1. Klasifikasi bahan kristal padat berdasarkan fitur struktural

Pada saat yang sama, persyaratan teknologi dikenakan pada mereka, yang menentukan paling sedikit tenaga kerja dalam pembuatan suku cadang dan struktur, dan yang ekonomis, yang berkaitan dengan biaya dan ketersediaan bahan, yang sangat penting dalam produksi massal. Bahan struktural termasuk logam, silikat dan keramik, polimer, karet, kayu, dan banyak bahan komposit.

bahan listrik dicirikan oleh sifat listrik dan magnet khusus dan dimaksudkan untuk pembuatan produk yang digunakan untuk produksi, transmisi, konversi dan konsumsi listrik. Ini termasuk bahan magnetik, konduktor, semikonduktor, dan dielektrik dalam fase cair dan gas padat.

bahan tribologi dimaksudkan untuk digunakan dalam unit gesekan untuk mengontrol parameter gesekan dan keausan untuk memastikan kinerja dan sumber daya yang ditentukan dari unit ini. Jenis utama dari bahan tersebut adalah pelumas, antifriction dan gesekan. Yang pertama termasuk pelumas dalam fase padat (grafit, bedak, molibdenum disulfida, dll.), cair (minyak pelumas) dan gas (udara, uap hidrokarbon dan gas lainnya).Totalitas bahan antifriction termasuk paduan logam non-ferrous (babbits). , perunggu, dll.), besi cor kelabu, plastik (tekstolit, bahan berbasis fluoroplastik, dll.), bahan komposit cermet (grafit perunggu, grafit besi, dll.), beberapa jenis kayu dan plastik laminasi kayu, karet, banyak komposit Bahan gesekan memiliki koefisien gesekan yang tinggi dan ketahanan aus yang tinggi Ini termasuk beberapa jenis plastik, besi tuang, sermet dan bahan komposit lainnya.

Bahan alat dibedakan oleh kekerasan tinggi, ketahanan aus dan kekuatan, mereka dimaksudkan untuk pembuatan pemotongan, pengukuran, pengerjaan logam dan alat lainnya. Ini termasuk bahan seperti baja perkakas dan paduan keras, berlian dan beberapa jenis bahan keramik, dan banyak bahan komposit.

badan kerja - bahan gas dan cair, yang dengannya energi diubah menjadi kerja mekanis, dingin, panas. Fluida kerja adalah uap air pada mesin uap dan turbin; amonia, karbon dioksida, freon dan zat pendingin lainnya di lemari es; minyak hidrolik; udara di motor pneumatik; produk gas dari pembakaran bahan bakar fosil di turbin gas, mesin pembakaran internal.

Bahan bakar - bahan yang mudah terbakar, yang bagian utamanya adalah karbon, digunakan untuk memperoleh energi panas dengan cara membakarnya. Berdasarkan asalnya, bahan bakar dibagi menjadi alam (minyak, batu bara, gas alam, serpih minyak, gambut, kayu) dan buatan (kokas, bahan bakar motor, gas generator, dll.); sesuai dengan jenis mesin di mana ia dibakar - untuk roket, motor, nuklir, turbin, dll.