Uma ligação metálica é uma ligação multicêntrica que existe em metais e suas ligas entre íons carregados positivamente e elétrons de valência, que são comuns a todos os íons e se movem livremente através do cristal.

Eles têm um pequeno número de elétrons de valência e baixa ionização. Esses elétrons, devido aos grandes raios dos átomos metálicos, estão fracamente ligados aos seus núcleos e podem facilmente se separar deles e se tornar comuns a todo o cristal metálico. Como resultado, íons metálicos carregados positivamente e um gás de elétrons aparecem na rede cristalina do metal - um conjunto de elétrons móveis que se movem livremente ao redor do cristal metálico.

Como resultado, o metal é uma série de íons positivos localizados em certas posições e um grande número de elétrons que se movem relativamente livremente no campo de centros positivos. A estrutura espacial dos metais é um cristal, que pode ser representado como uma célula com íons carregados positivamente nos nós, imersos em um gás de elétrons carregado negativamente. Todos os átomos doam seus elétrons de valência para a formação de um gás de elétrons; eles se movem livremente dentro do cristal sem quebrar a ligação química.

A teoria do movimento livre dos elétrons na rede cristalina dos metais foi confirmada experimentalmente pela experiência de Tolman e Stewart (em 1916): durante uma desaceleração acentuada de uma bobina previamente destorcida com um fio enrolado, os elétrons livres continuaram a se mover por inércia por algum tempo, e neste momento o amperímetro incluído nas bobinas do circuito registrou o impulso da corrente elétrica.

Variedades de modelos de ligação metálica

Os sinais de uma ligação metálica são as seguintes características:

1. Multieletronicidade, pois todos os elétrons de valência participam da formação de uma ligação metálica;
2. Multicêntrico, ou deslocalização - uma ligação conecta simultaneamente um grande número de átomos contidos em um cristal metálico;
3. Isotropia, ou não direcionalidade - devido ao movimento desimpedido do gás de elétrons em todas as direções simultaneamente, a ligação metálica é esfericamente simétrica.

Os cristais metálicos formam principalmente três tipos de redes cristalinas, no entanto, alguns metais, dependendo da temperatura, podem ter estruturas diferentes.

Redes cristalinas de metais: a) cúbica de face centrada (Cu, Au, Ag, Al); b) corpo cúbico centrado (Li, Na, Ba, Mo, W, V); c) hexagonal (Mg, Zn, Ti, Cd, Cr)

Uma ligação metálica existe em cristais e fundidos de todos os metais e ligas. Em sua forma pura, é característico de metais alcalinos e alcalino-terrosos. Nos d-metais de transição, a ligação entre os átomos é parcialmente covalente.

163120 0

Cada átomo tem um certo número de elétrons.

Entrando em reações químicas, os átomos doam, adquirem ou socializam elétrons, atingindo a configuração eletrônica mais estável. A configuração com a menor energia é a mais estável (como nos átomos de gases nobres). Esse padrão é chamado de "regra do octeto" (Fig. 1).

Arroz. 1.

Esta regra se aplica a todos tipos de conexão. As ligações eletrônicas entre os átomos permitem que eles formem estruturas estáveis, desde os cristais mais simples até as biomoléculas complexas que eventualmente formam sistemas vivos. Eles diferem dos cristais em seu metabolismo contínuo. No entanto, muitas reações químicas ocorrem de acordo com os mecanismos transferência eletrônica, que desempenham um papel importante nos processos de energia no corpo.

Uma ligação química é uma força que mantém juntos dois ou mais átomos, íons, moléculas ou qualquer combinação deles..

A natureza da ligação química é universal: é uma força eletrostática de atração entre elétrons carregados negativamente e núcleos carregados positivamente, determinada pela configuração dos elétrons na camada externa dos átomos. A capacidade de um átomo de formar ligações químicas é chamada de valência, ou Estado de oxidação. O conceito de elétrons de valência- elétrons que formam ligações químicas, ou seja, aqueles localizados nos orbitais de maior energia. Assim, a camada externa de um átomo contendo esses orbitais é chamada de camada de valência. Atualmente, não basta indicar a presença de uma ligação química, mas é necessário esclarecer seu tipo: iônica, covalente, dipolo-dipolo, metálica.

O primeiro tipo de conexão éiônico conexão

De acordo com a teoria eletrônica da valência de Lewis e Kossel, os átomos podem alcançar uma configuração eletrônica estável de duas maneiras: primeiro, perdendo elétrons, tornando-se cátions, em segundo lugar, adquirindo-os, transformando-se em ânions. Como resultado da transferência de elétrons, devido à força eletrostática de atração entre íons com cargas de sinal oposto, forma-se uma ligação química, chamada Kossel " eletrovalente(agora chamado iônico).

Nesse caso, ânions e cátions formam uma configuração eletrônica estável com uma camada eletrônica externa preenchida. As ligações iônicas típicas são formadas a partir de cátions dos grupos T e II do sistema periódico e ânions de elementos não metálicos dos grupos VI e VII (16 e 17 subgrupos - respectivamente, calcogênios e halogênios). As ligações em compostos iônicos são insaturadas e não direcionais, de modo que retêm a possibilidade de interação eletrostática com outros íons. Na fig. 2 e 3 mostram exemplos de ligações iônicas correspondentes ao modelo de transferência de elétrons de Kossel.

Arroz. 2.

Arroz. 3. Ligação iônica na molécula de cloreto de sódio (NaCl)

Aqui é apropriado relembrar algumas das propriedades que explicam o comportamento das substâncias na natureza, em particular, considerar o conceito de ácidos e motivos.

As soluções aquosas de todas essas substâncias são eletrólitos. Eles mudam de cor de maneiras diferentes. indicadores. O mecanismo de ação dos indicadores foi descoberto por F.V. Ostwald. Ele mostrou que os indicadores são ácidos ou bases fracas, cuja cor nos estados não dissociados e dissociados é diferente.

As bases podem neutralizar os ácidos. Nem todas as bases são solúveis em água (por exemplo, alguns compostos orgânicos que não contêm grupos -OH são insolúveis, em particular, trietilamina N (C 2 H 5) 3); bases solúveis são chamadas álcalis.

Soluções aquosas de ácidos entram em reações características:

a) com óxidos metálicos - com a formação de sal e água;

b) com metais - com a formação de sal e hidrogênio;

c) com carbonatos - com a formação de sal, CO 2 e H 2 O.

As propriedades de ácidos e bases são descritas por várias teorias. De acordo com a teoria de S.A. Arrhenius, um ácido é uma substância que se dissocia para formar íons H+ , enquanto a base forma íons ELE- . Esta teoria não leva em conta a existência de bases orgânicas que não possuem grupos hidroxila.

De acordo com próton Na teoria de Bronsted e Lowry, um ácido é uma substância que contém moléculas ou íons que doam prótons. doadores prótons), e a base é uma substância que consiste em moléculas ou íons que aceitam prótons ( aceitadores prótons). Observe que em soluções aquosas, os íons hidrogênio existem na forma hidratada, ou seja, na forma de íons hidrônio H3O+ . Esta teoria descreve reações não apenas com água e íons hidróxido, mas também realizadas na ausência de um solvente ou com um solvente não aquoso.

Por exemplo, na reação entre amônia NH 3 (base fraca) e cloreto de hidrogênio na fase gasosa, forma-se cloreto de amônio sólido, e em uma mistura em equilíbrio de duas substâncias há sempre 4 partículas, duas das quais são ácidos e as outras duas são bases:

Esta mistura de equilíbrio consiste em dois pares conjugados de ácidos e bases:

1)NH 4+ e NH 3

2) HCl e Cl ‑

Aqui, em cada par conjugado, o ácido e a base diferem em um próton. Todo ácido tem uma base conjugada. Um ácido forte tem uma base conjugada fraca e um ácido fraco tem uma base conjugada forte.

A teoria de Bronsted-Lowry torna possível explicar o papel único da água para a vida da biosfera. A água, dependendo da substância que interage com ela, pode exibir as propriedades de um ácido ou de uma base. Por exemplo, em reações com soluções aquosas de ácido acético, a água é uma base e, com soluções aquosas de amônia, é um ácido.

1) CH 3 COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 SOO- . Aqui a molécula de ácido acético doa um próton para a molécula de água;

2) NH3 + H2O ↔ NH4 + + ELE- . Aqui a molécula de amônia aceita um próton da molécula de água.

Assim, a água pode formar dois pares conjugados:

1) H2O(ácido) e ELE- (base conjugada)

2) H3O+ (ácido) e H2O(base conjugada).

No primeiro caso, a água doa um próton e, no segundo, o aceita.

Tal propriedade é chamada anfiprotonidade. As substâncias que podem reagir como ácidos e bases são chamadas de anfotérico. Tais substâncias são frequentemente encontradas na natureza. Por exemplo, aminoácidos podem formar sais com ácidos e bases. Portanto, os peptídeos formam facilmente compostos de coordenação com os íons metálicos presentes.

Assim, a propriedade característica de uma ligação iônica é o deslocamento completo de um punhado de elétrons de ligação para um dos núcleos. Isso significa que existe uma região entre os íons onde a densidade eletrônica é quase zero.

O segundo tipo de conexão écovalente conexão

Os átomos podem formar configurações eletrônicas estáveis ​​compartilhando elétrons.

Essa ligação é formada quando um par de elétrons é compartilhado um de cada vez. de cadaátomo. Nesse caso, os elétrons da ligação socializada são distribuídos igualmente entre os átomos. Um exemplo de ligação covalente é homonuclear diatômico Moléculas H 2 , N 2 , F 2. Os alótropos têm o mesmo tipo de ligação. O 2 e ozônio O 3 e para uma molécula poliatômica S 8 e também moléculas heteronucleares cloreto de hidrogênio Hcl, dióxido de carbono CO 2, metano CH 4, etanol A PARTIR DE 2 H 5 ELE, hexafluoreto de enxofre SF 6, acetileno A PARTIR DE 2 H 2. Todas essas moléculas têm os mesmos elétrons comuns e suas ligações são saturadas e direcionadas da mesma maneira (Fig. 4).

Para os biólogos, é importante que os raios covalentes dos átomos em ligações duplas e triplas sejam reduzidos em comparação com uma ligação simples.

Arroz. quatro. Ligação covalente na molécula de Cl 2 .

Os tipos de ligações iônicas e covalentes são dois casos limites de muitos tipos de ligações químicas existentes e, na prática, a maioria das ligações são intermediárias.

Compostos de dois elementos localizados em extremidades opostas do mesmo ou de diferentes períodos do sistema Mendeleev formam predominantemente ligações iônicas. À medida que os elementos se aproximam dentro de um período, a natureza iônica de seus compostos diminui, enquanto o caráter covalente aumenta. Por exemplo, os haletos e óxidos dos elementos do lado esquerdo da tabela periódica formam predominantemente ligações iônicas. NaCl, AgBr, BaSO 4 , CaCO 3 , KNO 3 , CaO, NaOH), e os mesmos compostos dos elementos do lado direito da tabela são covalentes ( H 2 O, CO 2, NH 3, NO 2, CH 4, fenol C6H5OH, glicose C 6 H 12 O 6, etanol C2H5OH).

A ligação covalente, por sua vez, tem outra modificação.

Em íons poliatômicos e em moléculas biológicas complexas, ambos os elétrons só podem vir de 1átomo. É chamado doador par de elétrons. Um átomo que socializa esse par de elétrons com um doador é chamado aceitante par de elétrons. Esse tipo de ligação covalente é chamado de coordenação (doador-aceitador, oudativo) comunicação(Fig. 5). Este tipo de ligação é mais importante para biologia e medicina, uma vez que a química dos elementos d mais importantes para o metabolismo é amplamente descrita por ligações de coordenação.

Foto. 5.

Via de regra, em um composto complexo, um átomo de metal atua como um aceptor de pares de elétrons; ao contrário, nas ligações iônicas e covalentes, o átomo metálico é um doador de elétrons.

A essência da ligação covalente e sua variedade - a ligação de coordenação - podem ser esclarecidas com a ajuda de outra teoria de ácidos e bases, proposta por GN. Luís. Ele expandiu um pouco o conceito semântico dos termos "ácido" e "base" de acordo com a teoria de Bronsted-Lowry. A teoria de Lewis explica a natureza da formação dos íons complexos e a participação das substâncias nas reações de substituição nucleofílica, ou seja, na formação do CS.

Segundo Lewis, um ácido é uma substância capaz de formar uma ligação covalente aceitando um par de elétrons de uma base. Uma base de Lewis é uma substância que possui um par solitário de elétrons, que, ao doar elétrons, forma uma ligação covalente com o ácido de Lewis.

Ou seja, a teoria de Lewis expande a gama de reações ácido-base também para reações nas quais os prótons não participam. Além disso, o próprio próton, de acordo com essa teoria, também é um ácido, pois é capaz de aceitar um par de elétrons.

Portanto, de acordo com essa teoria, os cátions são ácidos de Lewis e os ânions são bases de Lewis. As seguintes reações são exemplos:

Foi observado acima que a subdivisão das substâncias em iônicas e covalentes é relativa, pois não há transferência completa de um elétron de átomos metálicos para átomos aceptores em moléculas covalentes. Em compostos com uma ligação iônica, cada íon está no campo elétrico de íons de sinal oposto, então eles são polarizados mutuamente e suas conchas são deformadas.

Polarizabilidade determinado pela estrutura eletrônica, carga e tamanho do íon; é maior para ânions do que para cátions. A maior polarizabilidade entre cátions é para cátions de maior carga e menor tamanho, por exemplo, para Hg 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Al 3+ , Tl 3+. Tem um forte efeito polarizador H+ . Como o efeito da polarização iônica é bidirecional, altera significativamente as propriedades dos compostos que eles formam.

O terceiro tipo de conexão -dipolo-dipolo conexão

Além dos tipos de comunicação listados, também existem dipolo-dipolo intermolecular interações, também conhecidas como van der Waals .

A força dessas interações depende da natureza das moléculas.

Existem três tipos de interações: dipolo permanente - dipolo permanente ( dipolo-dipolo atração); dipolo permanente - dipolo induzido ( indução atração); dipolo instantâneo - dipolo induzido ( dispersão atração, ou forças de Londres; arroz. 6).

Arroz. 6.

Apenas moléculas com ligações covalentes polares têm um momento dipolo-dipolo ( HCl, NH3, SO2, H2O, C6H5Cl), e a força de ligação é 1-2 adeus(1D \u003d 3,338 × 10 -30 metros coulomb - C × m).

Em bioquímica, outro tipo de ligação é distinguido - hidrogênio conexão, que é um caso limite dipolo-dipolo atração. Essa ligação é formada pela atração entre um átomo de hidrogênio e um pequeno átomo eletronegativo, na maioria das vezes oxigênio, flúor e nitrogênio. Com átomos grandes que têm uma eletronegatividade semelhante (por exemplo, com cloro e enxofre), a ligação de hidrogênio é muito mais fraca. O átomo de hidrogênio se distingue por uma característica essencial: quando os elétrons de ligação são afastados, seu núcleo - o próton - é exposto e deixa de ser blindado pelos elétrons.

Portanto, o átomo se transforma em um grande dipolo.

Uma ligação de hidrogênio, ao contrário de uma ligação de van der Waals, é formada não apenas durante interações intermoleculares, mas também dentro de uma molécula - intramolecular ligação de hidrogênio. As ligações de hidrogênio desempenham um papel importante na bioquímica, por exemplo, para estabilizar a estrutura de proteínas na forma de uma α-hélice, ou para a formação de uma dupla hélice de DNA (Fig. 7).

Fig.7.

As ligações de hidrogênio e van der Waals são muito mais fracas do que as ligações iônicas, covalentes e de coordenação. A energia das ligações intermoleculares está indicada na Tabela. 1.

Tabela 1. Energia das forças intermoleculares

Observação: O grau de interações intermoleculares refletem a entalpia de fusão e evaporação (ebulição). Compostos iônicos requerem muito mais energia para separar íons do que para separar moléculas. As entalpias de fusão dos compostos iônicos são muito maiores do que as dos compostos moleculares.

O quarto tipo de conexão -Ligação metálica

Finalmente, há outro tipo de ligações intermoleculares - metal: conexão de íons positivos da rede de metais com elétrons livres. Este tipo de conexão não ocorre em objetos biológicos.

A partir de uma breve revisão dos tipos de ligações, surge um detalhe: um parâmetro importante de um átomo ou íon de um metal - um doador de elétrons, assim como um átomo - um aceptor de elétrons é sua o tamanho.

Sem entrar em detalhes, notamos que os raios covalentes dos átomos, os raios iônicos dos metais e os raios de van der Waals das moléculas que interagem aumentam à medida que seu número atômico nos grupos do sistema periódico aumenta. Nesse caso, os valores dos raios dos íons são os menores, e os raios de van der Waals são os maiores. Como regra, ao descer no grupo, os raios de todos os elementos aumentam, tanto os covalentes quanto os de van der Waals.

Os mais importantes para biólogos e médicos são coordenação(doador-aceitador) ligações consideradas pela química de coordenação.

Bioinorgânicos médicos. G.K. Barashkov

A lição considerará vários tipos de ligações químicas: metálicas, hidrogênio e van der Waals, e você também aprenderá como as propriedades físicas e químicas dependem de diferentes tipos de ligações químicas em uma substância.

Tópico: Tipos de ligação química

Lição: Ligações químicas metálicas e de hidrogênio

conexão de metalé um tipo de ligação em metais e suas ligas entre átomos ou íons metálicos e elétrons relativamente livres (gás de elétrons) em uma rede cristalina.

Os metais são elementos químicos com baixa eletronegatividade, por isso doam seus elétrons de valência facilmente. Se houver um não metal ao lado de um elemento metálico, os elétrons do átomo de metal passam para o não metal. Esse tipo de conexão é chamado iônico(Figura 1).

Arroz. 1. Educação

Quando substâncias simples metais ou seu ligas, a situação está mudando.

Durante a formação de moléculas, os orbitais de elétrons dos metais não permanecem inalterados. Eles interagem entre si, formando um novo orbital molecular. Dependendo da composição e estrutura do composto, os orbitais moleculares podem estar próximos da totalidade dos orbitais atômicos ou diferir significativamente deles. Quando os orbitais de elétrons dos átomos de metal interagem, os orbitais moleculares são formados. Tal que os elétrons de valência do átomo de metal podem se mover livremente ao longo desses orbitais moleculares. Não há separação completa, carga, ou seja, metal não é uma coleção de cátions e elétrons flutuando. Mas esta não é uma coleção de átomos, que às vezes se transformam em uma forma catiônica e transferem seu elétron para outro cátion. A situação real é uma combinação dessas duas opções extremas.

Arroz. 2

A essência da formação de uma ligação metálica consiste no seguinte: átomos de metal doam elétrons externos, e alguns deles se transformam em íons carregados positivamente. Quebrado dos átomos e elétrons mover-se relativamente livremente entre positivoíons metálicos. Uma ligação metálica surge entre essas partículas, ou seja, os elétrons, por assim dizer, cimentam os íons positivos na rede metálica (Fig. 2).

A presença de uma ligação metálica determina as propriedades físicas dos metais:

Alta plasticidade

Calor e condutividade elétrica

brilho metálico

Plástico é a capacidade de um material se deformar facilmente sob carga mecânica. Uma ligação metálica é realizada entre todos os átomos de metal simultaneamente, portanto, durante a ação mecânica em um metal, ligações específicas não são quebradas, mas apenas a posição do átomo muda. Átomos de metal que não estão rigidamente ligados uns aos outros podem, por assim dizer, deslizar sobre uma camada de gás de elétrons, como acontece quando um vidro desliza sobre outro com uma camada de água entre eles. Devido a isso, os metais podem ser facilmente deformados ou enrolados em folhas finas. Os metais mais dúcteis são o ouro puro, a prata e o cobre. Todos esses metais ocorrem naturalmente na natureza em vários graus de pureza. Arroz. 3.

Arroz. 3. Metais encontrados na natureza na forma nativa

A partir deles, especialmente de ouro, são feitos vários ornamentos. Devido à sua incrível plasticidade, o ouro é usado na decoração dos palácios. A partir dele, você pode estender a folha com uma espessura de apenas 3. 10 -3 milímetros. Chama-se folha de ouro, aplicada em gesso, molduras ou outros objetos.

Condutividade térmica e elétrica . Os melhores condutores de eletricidade são cobre, prata, ouro e alumínio. Mas como ouro e prata são metais caros, cobre e alumínio mais baratos são usados ​​para fazer cabos. Os piores condutores elétricos são manganês, chumbo, mercúrio e tungstênio. O tungstênio tem uma resistência elétrica tão alta que brilha quando uma corrente elétrica passa por ele. Esta propriedade é utilizada na fabricação de lâmpadas incandescentes.

Temperatura corporalé uma medida da energia de seus átomos ou moléculas constituintes. O gás de elétrons de um metal pode transferir rapidamente o excesso de energia de um íon ou átomo para outro. A temperatura do metal se equaliza rapidamente em todo o volume, mesmo que o aquecimento venha de um lado. Isso é observado, por exemplo, se você colocar uma colher de metal no chá.

Brilho metálico. O brilho é a capacidade do corpo de refletir os raios de luz. Prata, alumínio e paládio têm alta refletividade da luz. Portanto, são esses metais que são aplicados em uma camada fina na superfície do vidro na fabricação de faróis, projetores e espelhos.

ligação de hidrogênio

Considere os pontos de ebulição e fusão dos compostos de hidrogênio dos calcogênios: oxigênio, enxofre, selênio e telúrio. Arroz. quatro.

Arroz. quatro

Se extrapolarmos mentalmente os pontos de ebulição e fusão diretos dos compostos de hidrogênio de enxofre, selênio e telúrio, veremos que o ponto de fusão da água deve ser de aproximadamente -100 0 C, e o ponto de ebulição deve ser de aproximadamente -80 0 C. Isso acontece porque há uma interação - ligação de hidrogênio, que traz junto moléculas de água para a associação . Energia adicional é necessária para destruir esses associados.

Uma ligação de hidrogênio é formada entre um átomo de hidrogênio altamente polarizado e altamente carregado positivamente e outro átomo com uma eletronegatividade muito alta: flúor, oxigênio ou nitrogênio . Exemplos de substâncias capazes de formar uma ligação de hidrogênio são mostrados na fig. 5.

Arroz. 5

Considere a formação de ligações de hidrogênio entre as moléculas de água. A ligação de hidrogênio é representada por três pontos. A ocorrência de uma ligação de hidrogênio é devido à característica única do átomo de hidrogênio. Como o átomo de hidrogênio contém apenas um elétron, quando o par de elétrons comum é afastado por outro átomo, o núcleo do átomo de hidrogênio é exposto, cuja carga positiva atua sobre os elementos eletronegativos nas moléculas das substâncias.

Comparar propriedades álcool etílico e éter dimetílico. Com base na estrutura dessas substâncias, conclui-se que o álcool etílico pode formar ligações de hidrogênio intermoleculares. Isto é devido à presença de um grupo hidroxo. O éter dimetílico não pode formar ligações de hidrogênio intermoleculares.

Vamos comparar suas propriedades na Tabela 1.

Aba. 1

T bp., T pl, a solubilidade em água é maior para o álcool etílico. Este é um padrão geral para substâncias entre as moléculas das quais uma ligação de hidrogênio é formada. Essas substâncias são caracterizadas por maior T bp., T pl, solubilidade em água e menor volatilidade.

Propriedades físicas compostos também dependem do peso molecular da substância. Portanto, é legítimo comparar as propriedades físicas de substâncias com ligações de hidrogênio apenas para substâncias com pesos moleculares semelhantes.

Energia 1 ligação de hidrogênio cerca de 10 vezes menos energia de ligação covalente. Se moléculas orgânicas de composição complexa possuem vários grupos funcionais capazes de formar uma ligação de hidrogênio, então ligações de hidrogênio intramoleculares (proteínas, DNA, aminoácidos, ortonitrofenol, etc.) podem se formar nelas. Devido à ligação de hidrogênio, a estrutura secundária das proteínas, a dupla hélice do DNA, é formada.

Conexão Van der Waals.

Considere os gases nobres. Os compostos de hélio ainda não foram obtidos. É incapaz de formar ligações químicas convencionais.

Em temperaturas muito negativas, pode-se obter hélio líquido e até sólido. No estado líquido, os átomos de hélio são mantidos juntos pelas forças de atração eletrostática. Existem três opções para essas forças:

forças de orientação. Esta é a interação entre dois dipolos (HCl)

Atração indutiva. Esta é a atração de um dipolo e uma molécula apolar.

atração dispersiva. Esta é uma interação entre duas moléculas apolares (He). Ela surge devido ao movimento desigual dos elétrons ao redor do núcleo.

Resumindo a lição

A lição discute três tipos de ligações químicas: metálica, hidrogênio e van der Waals. A dependência de propriedades físicas e químicas em diferentes tipos de ligações químicas em uma substância foi explicada.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Química. Fundamentos de Química Geral. 11ª série: livro didático para instituições de ensino: nível básico / G.E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.

2. Popel P.P. Química: 8ª série: um livro didático para instituições de ensino geral / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K.: Centro de Informação "Academia", 2008. - 240 p.: il.

3. Gabrielyan O.S. Química. Grau 11. Um nível básico de. 2ª ed., ester. - M.: Abetarda, 2007. - 220 p.

Trabalho de casa

1. No. 2, 4, 6 (p. 41) Rudzitis G.E. Química. Fundamentos de Química Geral. 11ª série: livro didático para instituições de ensino: nível básico / G.E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14ª edição. - M.: Educação, 2012.

2. Por que o tungstênio é usado para fazer os fios das lâmpadas incandescentes?

3. O que explica a ausência de uma ligação de hidrogênio nas moléculas de aldeído?

Todos os elementos químicos atualmente conhecidos localizados na tabela periódica são divididos condicionalmente em dois grandes grupos: metais e não metais. Para que se tornem não apenas elementos, mas compostos, substâncias químicas, para poderem interagir entre si, devem existir na forma de substâncias simples e complexas.

É para isso que alguns elétrons estão tentando aceitar, enquanto outros - para dar. Reabastecendo-se desta forma, os elementos formam várias moléculas químicas. Mas o que os mantém juntos? Por que existem substâncias de tal força que mesmo as ferramentas mais sérias não podem destruir? E outros, ao contrário, são destruídos pelo menor impacto. Tudo isso é explicado pela formação de vários tipos de ligações químicas entre átomos em moléculas, a formação de uma rede cristalina de uma determinada estrutura.

Tipos de ligações químicas em compostos

No total, podem ser distinguidos 4 tipos principais de ligações químicas.

1. Covalente apolar. É formado entre dois não-metais idênticos devido à socialização de elétrons, a formação de pares de elétrons comuns. Partículas desemparelhadas de valência participam de sua formação. Exemplos: halogênios, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio, enxofre, fósforo.
2. polar covalente. É formado entre dois não metais diferentes ou entre um metal que é muito fraco em propriedades e um não metal que é fraco em eletronegatividade. Também se baseia em pares de elétrons comuns e sua atração por esse átomo, cuja afinidade eletrônica é maior. Exemplos: NH 3, SiC, P 2 O 5 e outros.
3. Ligação de hidrogênio. O mais instável e fraco, é formado entre um átomo fortemente eletronegativo de uma molécula e um positivo de outra. Na maioria das vezes isso acontece quando as substâncias são dissolvidas em água (álcool, amônia e assim por diante). Graças a essa conexão, podem existir macromoléculas de proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos complexos e assim por diante.
4. Ligação iônica. É formado devido às forças de atração eletrostática de íons de metais e não metais de cargas diferentes. Quanto mais forte a diferença neste indicador, mais pronunciada é a natureza iônica da interação. Exemplos de compostos: sais binários, compostos complexos - bases, sais.
5. Uma ligação metálica, cujo mecanismo de formação, assim como suas propriedades, será discutido mais adiante. É formado em metais, suas ligas de vários tipos.

Existe algo como a unidade de uma ligação química. Apenas diz que é impossível considerar todas as ligações químicas como referência. Eles são todos apenas unidades nominais. Afinal, todas as interações são baseadas em um único princípio - interação estática eletrônica. Portanto, ligações iônicas, metálicas, covalentes e ligações de hidrogênio têm uma natureza química única e são apenas casos limites uma da outra.

Metais e suas propriedades físicas

Os metais estão em grande maioria entre todos os elementos químicos. Isto é devido às suas propriedades especiais. Uma parte significativa deles foi obtida pelo homem por meio de reações nucleares em laboratório, são radioativos com meia-vida curta.

No entanto, a maioria são elementos naturais que formam rochas inteiras e minérios e fazem parte dos compostos mais importantes. Foi com eles que as pessoas aprenderam a fundir ligas e fazer muitos produtos bonitos e importantes. Estes são como cobre, ferro, alumínio, prata, ouro, cromo, manganês, níquel, zinco, chumbo e muitos outros.

Para todos os metais, as propriedades físicas gerais podem ser distinguidas, que são explicadas pelo esquema para a formação de uma ligação metálica. Quais são essas propriedades?

1. maleabilidade e plasticidade. Sabe-se que muitos metais podem ser laminados até o estado de folha (ouro, alumínio). De outros, são obtidos fios, chapas metálicas flexíveis, produtos que podem ser deformados sob impacto físico, mas imediatamente recuperam sua forma após sua terminação. São essas qualidades dos metais que são chamadas de maleabilidade e ductilidade. A razão para esta característica é o tipo de conexão metálica. Íons e elétrons em um cristal deslizam um em relação ao outro sem quebrar, o que torna possível manter a integridade de toda a estrutura.
2. Brilho metálico. Também explica a ligação metálica, o mecanismo de formação, suas características e características. Assim, nem todas as partículas são capazes de absorver ou refletir ondas de luz do mesmo comprimento de onda. Os átomos da maioria dos metais refletem raios de comprimento de onda curto e adquirem quase a mesma cor de prata, branco, azulado pálido. As exceções são cobre e ouro, sua cor é vermelho-avermelhada e amarela, respectivamente. Eles são capazes de refletir a radiação de comprimento de onda mais longo.
3. Condutividade térmica e elétrica. Essas propriedades também são explicadas pela estrutura da rede cristalina e pelo fato de que um tipo metálico de ligação é realizado em sua formação. Devido ao "gás de elétrons" se movendo dentro do cristal, a corrente elétrica e o calor são distribuídos instantaneamente e uniformemente entre todos os átomos e íons e conduzidos através do metal.
4. Estado sólido de agregação em condições normais. A única exceção aqui é o mercúrio. Todos os outros metais são compostos necessariamente fortes e sólidos, assim como suas ligas. Também é resultado da presença de uma ligação metálica nos metais. O mecanismo de formação deste tipo de ligação de partículas confirma totalmente as propriedades.

Estas são as principais características físicas dos metais, que são explicadas e determinadas pelo esquema de formação de uma ligação metálica. Este método de conexão de átomos é relevante especificamente para elementos de metais, suas ligas. Ou seja, para eles no estado sólido e líquido.

Ligação química tipo metal

Qual é a sua peculiaridade? O fato é que essa ligação é formada não devido a íons de carga diferente e sua atração eletrostática, e não devido à diferença de eletronegatividade e à presença de pares de elétrons livres. Ou seja, ligações iônicas, metálicas e covalentes têm uma natureza ligeiramente diferente e características distintas das partículas que estão sendo ligadas.

Todos os metais têm as seguintes características:

• um pequeno número de elétrons por (salvo algumas exceções, que podem ter 6,7 e 8);
• grande raio atômico;
• baixa energia de ionização.

Tudo isso contribui para a fácil separação dos elétrons desemparelhados externos do núcleo. Neste caso, o átomo tem muitos orbitais livres. O esquema para a formação de uma ligação metálica mostrará apenas a sobreposição de inúmeras células orbitais de diferentes átomos entre si, que, como resultado, formam um espaço intracristalino comum. Os elétrons são alimentados a partir de cada átomo, que começam a vagar livremente em diferentes partes da rede. Periodicamente, cada um deles se liga a um íon em um sítio cristalino e o transforma em um átomo, depois se desprende novamente, formando um íon.

Assim, uma ligação metálica é uma ligação entre átomos, íons e elétrons livres em um cristal metálico comum. Uma nuvem de elétrons que se move livremente dentro de uma estrutura é chamada de "gás de elétrons". Explica a maioria dos metais e suas ligas.

Como exatamente uma ligação química metálica se realiza? Vários exemplos podem ser dados. Vamos tentar considerar um pedaço de lítio. Mesmo se você pegar o tamanho de uma ervilha, haverá milhares de átomos. Vamos imaginar que cada um desses milhares de átomos doa seu único elétron de valência ao espaço cristalino comum. Ao mesmo tempo, conhecendo a estrutura eletrônica de um determinado elemento, pode-se ver o número de orbitais vazios. O lítio terá 3 deles (orbitais p do segundo nível de energia). Três para cada átomo de dezenas de milhares - este é o espaço comum dentro do cristal, no qual o "gás de elétrons" se move livremente.

Uma substância com uma ligação metálica é sempre forte. Afinal, o gás de elétrons não permite que o cristal entre em colapso, mas apenas desloca as camadas e restaura imediatamente. Brilha, tem uma certa densidade (na maioria das vezes alta), fusibilidade, maleabilidade e plasticidade.

Onde mais uma ligação metálica é realizada? Exemplos de substâncias:

• metais na forma de estruturas simples;
• todas as ligas metálicas entre si;
• todos os metais e suas ligas em estado líquido e sólido.

Há apenas um número incrível de exemplos específicos, porque existem mais de 80 metais no sistema periódico!

Ligação metálica: mecanismo de formação

Se o considerarmos em termos gerais, já descrevemos os principais pontos acima. A presença de elétrons livres e facilmente destacados do núcleo devido à baixa energia de ionização são as principais condições para a formação desse tipo de ligação. Assim, verifica-se que é implementado entre as seguintes partículas:

• átomos nos nós da rede cristalina;
• elétrons livres, que eram de valência no metal;
• íons nos sítios da rede cristalina.

O resultado final é uma ligação metálica. O mecanismo de formação em termos gerais é expresso pela seguinte notação: Me 0 - e - ↔ Me n+. É óbvio a partir do diagrama quais partículas estão presentes no cristal metálico.

Os próprios cristais podem ter uma forma diferente. Depende da substância específica com a qual estamos lidando.

Tipos de cristais metálicos

Esta estrutura de um metal ou sua liga é caracterizada por um empacotamento muito denso de partículas. É fornecido por íons nos nós do cristal. As próprias treliças podem ter diferentes formas geométricas no espaço.

1. Estrutura cúbica centrada no volume - metais alcalinos.
2. Estrutura compacta hexagonal - todos os alcalinos terrosos, exceto bário.
3. Cúbico centrado na face - alumínio, cobre, zinco, muitos metais de transição.
4. Estrutura romboédrica - em mercúrio.
5. Tetragonal - índio.

Quanto mais baixo estiver localizado no sistema periódico, mais complexo será o seu empacotamento e a organização espacial do cristal. Neste caso, a ligação química metálica, cujos exemplos podem ser dados para cada metal existente, é decisiva na construção de um cristal. As ligas têm uma organização muito diversificada no espaço, algumas das quais ainda não são totalmente compreendidas.

Características de comunicação: não direcional

As ligações covalentes e metálicas têm uma característica distintiva muito pronunciada. Ao contrário da primeira, a ligação metálica não é direcional. O que isto significa? Ou seja, a nuvem de elétrons dentro do cristal se move completamente livremente dentro de seus limites em diferentes direções, cada um dos elétrons é capaz de unir absolutamente qualquer íon nos nós da estrutura. Ou seja, a interação é realizada em diferentes direções. Por isso, eles dizem que a ligação metálica é não direcional.

O mecanismo de ligação covalente envolve a formação de pares de elétrons comuns, ou seja, nuvens de átomos sobrepostos. Além disso, ocorre estritamente ao longo de uma determinada linha que liga seus centros. Portanto, eles falam sobre a direção de tal conexão.

Saturabilidade

Essa característica reflete a capacidade dos átomos de ter interação limitada ou ilimitada com os outros. Assim, as ligações covalentes e metálicas neste indicador são novamente opostas.

O primeiro é saturável. Os átomos que participam de sua formação possuem um número estritamente definido de elétrons externos de valência que estão diretamente envolvidos na formação do composto. Mais do que é, não terá elétrons. Portanto, o número de ligações formadas é limitado pela valência. Daí a saturação da conexão. Devido a esta característica, a maioria dos compostos tem uma composição química constante.

As ligações metálicas e de hidrogênio, por outro lado, são insaturáveis. Isto é devido à presença de numerosos elétrons e orbitais livres dentro do cristal. Os íons também desempenham um papel nos nós da rede cristalina, cada um dos quais pode se tornar um átomo e novamente um íon a qualquer momento.

Outra característica de uma ligação metálica é a deslocalização da nuvem eletrônica interna. Manifesta-se na capacidade de um pequeno número de elétrons comuns de unir muitos núcleos atômicos de metais. Ou seja, a densidade parece estar deslocalizada, distribuída uniformemente entre todos os elos do cristal.

Exemplos de formação de ligações em metais

Vejamos algumas opções específicas que ilustram como uma ligação metálica é formada. Exemplos de substâncias são os seguintes:

• zinco;
• alumínio;
• potássio;
• cromo.

Formação de uma ligação metálica entre átomos de zinco: Zn 0 - 2e - ↔ Zn 2+. O átomo de zinco tem quatro níveis de energia. Orbitais livres, baseados na estrutura eletrônica, tem 15 - 3 em orbitais p, 5 em 4d e 7 em 4f. A estrutura eletrônica é a seguinte: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 0 4d 0 4f 0, existem 30 elétrons no átomo. Ou seja, duas partículas negativas de valência livre são capazes de se mover dentro de 15 orbitais espaçosos e desocupados. E assim é com cada átomo. Como resultado - um enorme espaço comum, consistindo de orbitais vazios e um pequeno número de elétrons que unem toda a estrutura.

Ligação metálica entre átomos de alumínio: AL 0 - e - ↔ AL 3+. Os treze elétrons de um átomo de alumínio estão localizados em três níveis de energia, que eles obviamente têm em excesso. Estrutura eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Orbitais livres - 7 peças. Obviamente, a nuvem de elétrons será pequena em comparação com o espaço livre interno total no cristal.

Ligação de cromo metálico. Este elemento é especial em sua estrutura eletrônica. De fato, para estabilizar o sistema, o elétron cai de 4s para o orbital 3d: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4p 0 4d 0 4f 0 . Existem 24 elétrons no total, dos quais seis são de valência. São eles que entram no espaço eletrônico comum para formar uma ligação química. Existem 15 orbitais livres, o que ainda é muito mais do que o necessário para preencher. Portanto, o cromo também é um exemplo típico de um metal com uma ligação correspondente na molécula.

Um dos metais mais ativos, reagindo mesmo com água comum com ignição, é o potássio. O que explica essas propriedades? Novamente, de muitas maneiras - um tipo de conexão metálica. Este elemento tem apenas 19 elétrons, mas eles já estão localizados em 4 níveis de energia. Ou seja, em 30 orbitais de diferentes subníveis. Estrutura eletrônica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0 4p 0 4d 0 4f 0 . Apenas dois com energia de ionização muito baixa. Saia livremente e vá para o espaço eletrônico comum. Existem 22 orbitais para mover um átomo, ou seja, um espaço livre muito grande para o "gás de elétrons".

Semelhanças e diferenças com outros tipos de relacionamentos

Em geral, esta questão já foi discutida acima. Podemos apenas generalizar e tirar uma conclusão. As principais características distintivas dos cristais metálicos de todos os outros tipos de comunicação são:

• vários tipos de partículas envolvidas no processo de ligação (átomos, íons ou átomos-íons, elétrons);
• diferente estrutura geométrica espacial dos cristais.

Com ligações de hidrogênio e iônicas, a ligação metálica é insaturável e não direcional. Com uma polar covalente - uma forte atração eletrostática entre as partículas. Separadamente do iônico - o tipo de partículas nos nós da rede cristalina (íons). Com átomos não polares covalentes nos nós do cristal.

Tipos de ligações em metais de diferentes estados de agregação

Como observamos acima, a ligação química metálica, cujos exemplos são dados no artigo, é formada em dois estados de agregação de metais e suas ligas: sólido e líquido.

Surge a pergunta: que tipo de ligação em vapores metálicos? Resposta: polar covalente e apolar. Como em todos os compostos que estão na forma de um gás. Ou seja, com o aquecimento prolongado do metal e sua transferência do estado sólido para o líquido, as ligações não se rompem e a estrutura cristalina é preservada. No entanto, quando se trata de transferir um líquido para o estado de vapor, o cristal é destruído e a ligação metálica é convertida em covalente.

Classificação de materiais

Atualmente, todos os materiais modernos são aceitos para serem classificados de acordo.

O mais importante em tecnologia são as classificações de acordo com funcional e estrutural sinais de materiais.

O principal critério para a classificação de materiais por características estruturaisé o estado de agregação, dependendo do qual eles são divididos nos seguintes tipos: materiais sólidos, líquidos, gases, plasma.

Os materiais sólidos, por sua vez, são divididos em cristalinos e não cristalinos.

Os materiais cristalinos podem ser divididos de acordo com o tipo de ligação entre as partículas: atômica (covalente), iônica, metálica, molecular (Fig. 2.1.).

Tipos de ligações entre átomos (moléculas) em cristais

Um átomo consiste em um núcleo carregado positivamente e elétrons movendo-se ao redor dele (carregado negativamente). Um átomo em estado estacionário é eletricamente neutro. Distinga entre elétrons externos (de valência), cuja conexão com o núcleo é insignificante e interna - firmemente conectada ao núcleo.

A formação da rede cristalina ocorre da seguinte forma. Durante a transição do estado líquido para o cristalino, a distância entre os átomos diminui e as forças de interação entre eles aumentam.

A conexão entre os átomos é realizada por forças eletrostáticas, ou seja, por natureza, a conexão é uma - tem uma natureza elétrica, mas se manifesta de maneira diferente em diferentes cristais. Existem os seguintes tipos de ligações: iônica, covalente, polar, metálica.

Tipo de ligação covalente

Uma ligação covalente é formada devido a pares de elétrons comuns que surgem nas camadas dos átomos ligados.

Ela pode ser formado por átomos do mesmo elemento e então é apolar; por exemplo, tal ligação covalente existe nas moléculas de gases de elemento único H 2, O 2, N 2, Cl 2, etc.

A ligação covalente pode ser formado por átomos de elementos diferentes, de natureza química semelhante, sendo então polar; por exemplo, tal ligação covalente existe em moléculas de H2O, NF3, CO2.

Uma ligação covalente é formada entre átomos de elementos que têm um caráter eletronegativo.

Com este tipo de ligação, é realizada a socialização de elétrons de valência livre de átomos vizinhos. Em um esforço para adquirir uma camada de valência estável composta por 8 elétrons, os átomos se combinam em moléculas, formando um ou mais pares de elétrons, que se tornam comuns aos átomos de conexão, ou seja, são simultaneamente parte das camadas eletrônicas de dois átomos.

Materiais com ligação covalente são muito frágeis, mas possuem alta dureza (diamante). Estes são, via de regra, dielétricos ou semicondutores (germânio, silício). cargas elétricas estão interconectadas e não há elétrons livres.

Os átomos nas moléculas de gases simples são conectados por uma ligação covalente (H 2, Cl 2, etc.)

A única substância conhecida pelo homem com um exemplo de ligação covalente entre um metal e carbono é a cianocobalamina, conhecida como vitamina B12.

Cristais iônicos (NaCl)

Ligação iônicaé uma ligação química educadoà custa atração eletrostática entre cátions e ânions.

A formação de tais cristais é formada pela transição de elétrons de átomos de um tipo para átomos de outro de Na para Cl. Um átomo que perde um elétron torna-se um íon carregado positivamente, enquanto um átomo que ganha um elétron torna-se um íon negativo. A aproximação de íons de diferentes sinais ocorre até que as forças repulsivas do núcleo e das camadas eletrônicas equilibrem as forças de atração. A maioria dos dielétricos minerais e alguns materiais orgânicos têm uma ligação iônica (NaCl, CsCl, CaF2.)

Os sólidos ligados ionicamente são, na maioria dos casos, mecanicamente fortes, resistentes à temperatura, mas muitas vezes quebradiços. Materiais com este tipo de conexão não são utilizados como materiais estruturais.

Tipo de conexão metálica

Nos metais, a ligação entre átomos individuais é formada devido à interação de núcleos carregados positivamente e elétrons coletivizados, que se movem livremente em espaços interatômicos. Esses elétrons fazem o papel de cimento, mantendo os íons positivos juntos; caso contrário, a rede se desintegraria sob a ação de forças repulsivas entre os íons. Ao mesmo tempo, os elétrons também são mantidos por íons dentro da rede cristalina e não podem deixá-la. Tal ligação é chamada de ligação metálica.

A presença de elétrons livres leva à alta condutividade elétrica e térmica do metal, e é também a razão do brilho dos metais. A ductilidade dos metais é explicada pelo movimento e deslizamento de camadas individuais de átomos.

Praticamente em qualquer material não existe um, mas vários tipos de ligações. As propriedades dos materiais são determinadas pelos tipos predominantes de ligações químicas dos átomos e moléculas da substância do material.

De materiais atômico-cristalinos, cuja estrutura é dominada por ligações covalentes, modificações polimórficas de carbono e materiais semicondutores baseados em elementos do grupo IV do sistema periódico de elementos são de grande importância na tecnologia. Os representantes típicos do primeiro são o diamante e o grafite - a modificação mais comum e estável do carbono com uma estrutura em camadas na crosta terrestre. O germânio cristalino semicondutor e o silício são os principais materiais da eletrônica de semicondutores.

De grande interesse são alguns compostos com ligação covalente, como Fe 3 C, SiO, AlN - esses compostos desempenham um papel importante em ligas técnicas.

Em uma vasta coleção cristal iônico materiais que possuem uma estrutura cristalina com ligações iônicas incluem óxidos metálicos (compostos de metais com oxigênio), que são componentes dos minérios mais importantes, aditivos tecnológicos na fundição de metais, bem como compostos químicos de metais e não metais (boro , carbono, nitrogênio), que são usados ​​como componentes de liga.

O tipo metálico de ligação é característico de mais de 80 elementos da tabela periódica.

Para sólidos cristalinos materiais com uma estrutura também podem ser atribuídos cristais moleculares, que é característico de muitos materiais poliméricos cujas moléculas consistem em um grande número de unidades repetidas. São biopolímeros - compostos naturais de alto peso molecular e seus derivados (incluindo madeira); polímeros sintéticos derivados de compostos orgânicos simples cujas moléculas possuem cadeias principais inorgânicas e não contêm grupos laterais orgânicos. Polímeros inorgânicos incluem silicatos e aglutinantes. Os silicatos naturais são uma classe dos minerais formadores de rochas mais importantes que compõem cerca de 80% da massa da crosta terrestre. Os aglutinantes inorgânicos incluem cimento, gesso, cal, etc. Cristais moleculares de gases inertes - elementos do grupo VIII do sistema periódico - evaporam a baixas temperaturas sem passar ao estado líquido. Eles encontram aplicação na crioeletrônica, que se dedica à criação de dispositivos eletrônicos baseados nos fenômenos que ocorrem em sólidos em temperaturas criogênicas.

Arroz. 1.2. Arranjo de átomos em matéria cristalina (a) e amorfa (b)

A segunda classe de materiais é materiais sólidos não cristalinos. Eles são divididos com base na ordem e estabilidade da estrutura em amorfos, vítreos e não vítreos em um estado semi-desordenado.

Representantes típicos de materiais amorfos são semicondutores amorfos, metais amorfos e ligas.

Para o grupo vítreo os materiais incluem: vários polímeros orgânicos (polimetil acrilato a temperaturas abaixo de 105 ° C, cloreto de polivinila - abaixo de 82 ° C e outros); muitos materiais inorgânicos - vidro inorgânico à base de óxidos de silício, boro, alumínio, fósforo, etc.; muitos materiais para fundição de pedra - basaltos e diabásios com estrutura vítrea, escórias metalúrgicas, carbonatos naturais com estrutura em ilha e cadeia (dolomita, marga, mármore, etc.).

Em um estado não vítreo, semi-desordenado, existem geleias (sistemas estruturados polímero-solvente formados durante a solidificação de soluções poliméricas ou inchamento de polímeros sólidos), muitos polímeros sintéticos em estado altamente elástico, borrachas e borrachas, a maioria materiais à base de biopolímeros, incluindo materiais têxteis e de couro, e também ligantes orgânicos - betume, alcatrão, piche, etc.

Por função materiais técnicos são divididos nos seguintes grupos.

Materiais de construção - materiais sólidos destinados à fabricação de produtos submetidos a esforços mecânicos. Devem possuir um conjunto de propriedades mecânicas que proporcionem o desempenho e vida útil requeridos dos produtos quando expostos ao ambiente de trabalho, temperatura e outros fatores.

Arroz. 1.1. Classificação de materiais cristalinos sólidos por característica estrutural

Ao mesmo tempo, impõem-se exigências tecnológicas, que determinam a menor laboriosidade na fabricação de peças e estruturas, e econômicas, relacionadas ao custo e disponibilidade do material, que é muito importante na produção em massa. Os materiais estruturais incluem metais, silicatos e cerâmicas, polímeros, borracha, madeira e muitos materiais compósitos.

Materiais elétricos caracterizados por propriedades elétricas e magnéticas especiais e destinam-se à fabricação de produtos utilizados na produção, transmissão, conversão e consumo de eletricidade. Estes incluem materiais magnéticos, condutores, semicondutores, bem como dielétricos em fases sólidas, líquidas e gasosas.

Materiais tribológicos destinam-se ao uso em unidades de fricção para controlar os parâmetros de fricção e desgaste para garantir o desempenho e recursos especificados dessas unidades. Os principais tipos de tais materiais são lubrificantes, antifricção e fricção. Os primeiros incluem lubrificantes nas fases sólida (grafite, talco, bissulfeto de molibdênio, etc.), líquida (óleos lubrificantes) e gasosa (ar, vapores de hidrocarbonetos e outros gases). , bronzes, etc.), ferro fundido cinzento, plásticos (textólito, materiais à base de fluoroplásticos, etc.), materiais compósitos cermet (grafite de bronze, grafite de ferro, etc.), alguns tipos de madeira e plásticos laminados de madeira, borracha, muitos compósitos Os materiais de fricção têm um alto coeficiente de atrito e alta resistência ao desgaste. Estes incluem alguns tipos de plásticos, ferros fundidos, cermets e outros materiais compósitos.

Materiais de ferramentas se distinguem pela alta dureza, resistência ao desgaste e resistência, destinam-se à fabricação de ferramentas de corte, medição, serralheria e outras. Isso inclui materiais como aço para ferramentas e ligas duras, diamante e alguns tipos de materiais cerâmicos e muitos materiais compósitos.

corpos de trabalho - materiais gasosos e líquidos, com a ajuda dos quais a energia é convertida em trabalho mecânico, frio, calor. Os fluidos de trabalho são vapor de água em motores a vapor e turbinas; amônia, dióxido de carbono, freon e outros refrigerantes em refrigeradores; óleos hidráulicos; ar em motores pneumáticos; produtos gasosos da combustão de combustíveis fósseis em turbinas a gás, motores de combustão interna.

Combustível - materiais combustíveis, cuja parte principal é o carbono, usados ​​para obter energia térmica queimando-os. Por origem, o combustível é dividido em natural (petróleo, carvão, gás natural, xisto betuminoso, turfa, madeira) e artificial (coque, combustíveis para motores, gases geradores, etc.); de acordo com o tipo de máquinas em que é queimado - para foguete, motor, nuclear, turbina, etc.