O legătură metalică este o legătură multicentrică care există în metale și aliajele lor între ionii încărcați pozitiv și electronii de valență, care sunt comuni tuturor ionilor și se mișcă liber prin cristal.

Au un număr mic de electroni de valență și ionizare scăzută. Acești electroni, datorită razelor mari ale atomilor de metal, sunt legați destul de slab de nucleele lor și se pot rupe cu ușurință de ei și devin comuni întregului cristal metalic. Ca rezultat, în rețeaua cristalină metalică apar ioni metalici încărcați pozitiv și un gaz de electroni - un set de electroni mobili care se mișcă liber în jurul cristalului metalic.

Ca urmare, metalul este o serie de ioni pozitivi localizați în anumite poziții, și un număr mare de electroni care se mișcă relativ liber în câmpul centrilor pozitivi. Structura spațială a metalelor este un cristal, care poate fi reprezentat ca o celulă cu ioni încărcați pozitiv la noduri, scufundată într-un gaz de electroni încărcat negativ. Toți atomii își donează electronii de valență pentru formarea unui gaz de electroni; se mișcă liber în interiorul cristalului fără a rupe legătura chimică.

Teoria mișcării libere a electronilor în rețeaua cristalină a metalelor a fost confirmată experimental de experiența lui Tolman și Stewart (în 1916): în timpul unei decelerații bruște a unei bobine nerăsucite anterior cu un fir înfăşurat, electronii liberi au continuat să se miște prin inerție. de ceva timp, iar în acest moment ampermetrul inclus în bobinele circuitului, a înregistrat impulsul curentului electric.

Varietăți de modele de legături metalice

Semnele unei legături metalice sunt următoarele caracteristici:

1. Multielectronicitate, deoarece toți electronii de valență participă la formarea unei legături metalice;
2. Multicentric, sau delocalizare - o legătură conectează simultan un număr mare de atomi conținuti într-un cristal metalic;
3. Izotropie sau nedirecționalitate - datorită mișcării nestingherite a gazului de electroni în toate direcțiile simultan, legătura metalică este simetrică sferic.

Cristalele metalice formează în principal trei tipuri de rețele cristaline, totuși, unele metale, în funcție de temperatură, pot avea structuri diferite.

Rețele cristaline ale metalelor: a) cubice centrate pe față (Cu, Au, Ag, Al); b) centrat pe corpul cubic (Li, Na, Ba, Mo, W, V); c) hexagonal (Mg, Zn, Ti, Cd, Cr)

O legătură metalică există în cristalele și topiturile tuturor metalelor și aliajelor. În forma sa pură, este caracteristic metalelor alcaline și alcalino-pământoase. În metalele d de tranziție, legătura dintre atomi este parțial covalentă.

163120 0

Fiecare atom are un anumit număr de electroni.

Intrând în reacții chimice, atomii donează, dobândesc sau socializează electroni, atingând cea mai stabilă configurație electronică. Configurația cu cea mai mică energie este cea mai stabilă (ca în atomii de gaz nobil). Acest model este numit „regula octetului” (Fig. 1).

Orez. unu.

Această regulă se aplică tuturor tipuri de conexiuni. Legăturile electronice dintre atomi le permit să formeze structuri stabile, de la cele mai simple cristale până la biomolecule complexe care în cele din urmă formează sisteme vii. Ele diferă de cristale prin metabolismul lor continuu. Cu toate acestea, multe reacții chimice au loc în funcție de mecanisme transfer electronic, care joacă un rol important în procesele energetice din organism.

O legătură chimică este o forță care ține împreună doi sau mai mulți atomi, ioni, molecule sau orice combinație a acestora..

Natura legăturii chimice este universală: este o forță electrostatică de atracție între electronii încărcați negativ și nucleele încărcate pozitiv, determinată de configurația electronilor din învelișul exterior al atomilor. Capacitatea unui atom de a forma legături chimice se numește valenţă, sau starea de oxidare. Valenta este legata de conceptul de electroni de valență- electroni care formează legături chimice, adică cei localizați în cei mai mari orbitali de energie. În consecință, învelișul exterior al unui atom care conține acești orbitali se numește coajă de valență. În prezent, nu este suficientă indicarea prezenței unei legături chimice, dar este necesară clarificarea tipului acesteia: ionic, covalent, dipol-dipol, metalic.

Primul tip de conexiune esteionic conexiune

Conform teoriei electronice a valenței a lui Lewis și Kossel, atomii pot obține o configurație electronică stabilă în două moduri: în primul rând, prin pierderea de electroni, devenind cationi, în al doilea rând, dobândirea lor, transformându-se în anionii. Ca urmare a transferului de electroni, datorită forței electrostatice de atracție dintre ionii cu sarcini de semn opus, se formează o legătură chimică, numită Kossel " electrovalent(acum numit ionic).

În acest caz, anionii și cationii formează o configurație electronică stabilă cu o înveliș electron exterior umplut. Legăturile ionice tipice sunt formate din cationii grupelor T și II ale sistemului periodic și anionii elementelor nemetalice din grupele VI și VII (16 și, respectiv, 17 subgrupe, calcogeniși halogeni). Legăturile din compușii ionici sunt nesaturate și nedirecționale, deci păstrează posibilitatea interacțiunii electrostatice cu alți ioni. Pe fig. 2 și 3 prezintă exemple de legături ionice corespunzătoare modelului de transfer de electroni Kossel.

Orez. 2.

Orez. 3. Legătura ionică în molecula de clorură de sodiu (NaCl).

Aici este oportun să reamintim unele dintre proprietățile care explică comportamentul substanțelor în natură, în special să luăm în considerare conceptul de aciziși temeiuri.

Soluțiile apoase ale tuturor acestor substanțe sunt electroliți. Își schimbă culoarea în moduri diferite. indicatori. Mecanismul de acțiune al indicatorilor a fost descoperit de F.V. Ostwald. El a arătat că indicatorii sunt acizi sau baze slabe, a căror culoare în stările nedisociate și disociate este diferită.

Bazele pot neutraliza acizii. Nu toate bazele sunt solubile în apă (de exemplu, unii compuși organici care nu conțin grupări -OH sunt insolubili, în special, trietilamină N (C2H5)3); se numesc baze solubile alcalii.

Soluțiile apoase de acizi intră în reacții caracteristice:

a) cu oxizi metalici - cu formare de sare si apa;

b) cu metale - cu formarea de sare si hidrogen;

c) cu carbonați - cu formare de sare, CO 2 și H 2 O.

Proprietățile acizilor și bazelor sunt descrise de mai multe teorii. În conformitate cu teoria S.A. Arrhenius, un acid este o substanță care se disociază pentru a forma ioni H+ , în timp ce baza formează ioni EL- . Această teorie nu ține cont de existența bazelor organice care nu au grupări hidroxil.

In linie cu proton Teoria lui Bronsted și Lowry, un acid este o substanță care conține molecule sau ioni care donează protoni ( donatori protoni), iar baza este o substanță formată din molecule sau ioni care acceptă protoni ( acceptori protoni). Rețineți că în soluțiile apoase, ionii de hidrogen există într-o formă hidratată, adică sub formă de ioni de hidroniu H3O+ . Această teorie descrie reacții nu numai cu ioni de apă și hidroxid, ci și efectuate în absența unui solvent sau cu un solvent neapos.

De exemplu, în reacția dintre amoniac NH 3 (bază slabă) și clorură de hidrogen în faza gazoasă, se formează clorură de amoniu solidă, iar într-un amestec de echilibru de două substanțe există întotdeauna 4 particule, dintre care două sunt acizi, iar celelalte două sunt baze:

Acest amestec de echilibru constă din două perechi conjugate de acizi și baze:

1)NH 4+ și NH 3

2) acid clorhidricși Cl ‑

Aici, în fiecare pereche conjugată, acidul și baza diferă cu un proton. Fiecare acid are o bază conjugată. Un acid tare are o bază conjugată slabă, iar un acid slab are o bază conjugată puternică.

Teoria Bronsted-Lowry face posibilă explicarea rolului unic al apei pentru viața biosferei. Apa, în funcție de substanța care interacționează cu ea, poate prezenta proprietățile fie ale unui acid, fie ale unei baze. De exemplu, în reacțiile cu soluții apoase de acid acetic, apa este o bază, iar cu soluții apoase de amoniac, este un acid.

1) CH3COOH + H2O ↔ H3O + + CH 3 SOO- . Aici molecula de acid acetic donează un proton moleculei de apă;

2) NH3 + H2O ↔ NH4 + + EL- . Aici molecula de amoniac acceptă un proton din molecula de apă.

Astfel, apa poate forma două perechi conjugate:

1) H2O(acid) și EL- (bază conjugată)

2) H3O+ (acid) și H2O(bază conjugată).

În primul caz, apa donează un proton, iar în al doilea, îl acceptă.

O astfel de proprietate se numește amfiprotonitate. Sunt numite substanțe care pot reacționa atât ca acizi, cât și ca baze amfoter. Astfel de substanțe se găsesc adesea în natură. De exemplu, aminoacizii pot forma săruri atât cu acizi, cât și cu baze. Prin urmare, peptidele formează cu ușurință compuși de coordonare cu ionii metalici prezenți.

Astfel, proprietatea caracteristică a unei legături ionice este deplasarea completă a unui grup de electroni de legare la unul dintre nuclee. Aceasta înseamnă că există o regiune între ioni în care densitatea electronilor este aproape zero.

Al doilea tip de conexiune estecovalent conexiune

Atomii pot forma configurații electronice stabile prin împărțirea electronilor.

O astfel de legătură se formează atunci când o pereche de electroni este împărțită pe rând. de la fiecare atom. În acest caz, electronii de legătură socializați sunt distribuiți în mod egal între atomi. Un exemplu de legătură covalentă este homonuclear diatomic molecule H 2 , N 2 , F 2. Alotropii au același tip de legătură. O 2 și ozon O 3 și pentru o moleculă poliatomică S 8 și de asemenea molecule heteronucleare acid clorhidric acid clorhidric, dioxid de carbon CO 2, metan CH 4, etanol DIN 2 H 5 EL, hexafluorură de sulf SF 6, acetilena DIN 2 H 2. Toate aceste molecule au aceiași electroni comuni, iar legăturile lor sunt saturate și direcționate în același mod (Fig. 4).

Pentru biologi, este important ca razele covalente ale atomilor din legături duble și triple să fie reduse în comparație cu o singură legătură.

Orez. patru. Legătura covalentă în molecula de Cl2.

Tipurile ionice și covalente de legături sunt două cazuri limitative ale multor tipuri existente de legături chimice, iar în practică majoritatea legăturilor sunt intermediare.

Compușii a două elemente situate la capete opuse ale aceleiași perioade sau perioade diferite ale sistemului Mendeleev formează predominant legături ionice. Pe măsură ce elementele se apropie unele de altele într-o perioadă, natura ionică a compușilor lor scade, în timp ce caracterul covalent crește. De exemplu, halogenurile și oxizii elementelor din partea stângă a tabelului periodic formează predominant legături ionice ( NaCl, AgBr, BaS04, CaCO3, KNO3, CaO, NaOH), și aceiași compuși ai elementelor din partea dreaptă a tabelului sunt covalenti ( H20, CO2, NH3, NO2, CH4, fenol C6H5OH, glucoza C6H12O6, etanol C2H5OH).

Legătura covalentă, la rândul ei, are o altă modificare.

În ionii poliatomici și în moleculele biologice complexe, ambii electroni pot proveni doar din unu atom. Se numeste donator pereche de electroni. Se numește un atom care socializează această pereche de electroni cu un donor acceptor pereche de electroni. Acest tip de legătură covalentă se numește coordonare (donator-acceptator, saudativ) comunicare(Fig. 5). Acest tip de legătură este cel mai important pentru biologie și medicină, deoarece chimia celor mai importante elemente d pentru metabolism este descrisă în mare măsură de legăturile de coordonare.

Pic. 5.

De regulă, într-un compus complex, un atom de metal acționează ca un acceptor de pereche de electroni; dimpotrivă, în legăturile ionice și covalente, atomul de metal este donor de electroni.

Esența legăturii covalente și varietatea acesteia - legătura de coordonare - poate fi clarificată cu ajutorul unei alte teorii a acizilor și bazelor, propusă de GN. Lewis. El a extins oarecum conceptul semantic al termenilor „acid” și „bază” conform teoriei Bronsted-Lowry. Teoria Lewis explică natura formării ionilor complecși și participarea substanțelor la reacțiile de substituție nucleofilă, adică la formarea CS.

Potrivit lui Lewis, un acid este o substanță capabilă să formeze o legătură covalentă prin acceptarea unei perechi de electroni dintr-o bază. O bază Lewis este o substanță care are o pereche singură de electroni, care, donând electroni, formează o legătură covalentă cu acidul Lewis.

Adică, teoria Lewis extinde gama reacțiilor acido-bazice și la reacții în care protonii nu participă deloc. În plus, protonul însuși, conform acestei teorii, este și un acid, deoarece este capabil să accepte o pereche de electroni.

Prin urmare, conform acestei teorii, cationii sunt acizi Lewis și anionii sunt baze Lewis. Următoarele reacții sunt exemple:

S-a remarcat mai sus că subdiviziunea substanțelor în ionice și covalente este relativă, deoarece nu există un transfer complet al unui electron de la atomii de metal la atomii acceptori din moleculele covalente. În compușii cu o legătură ionică, fiecare ion se află în câmpul electric al ionilor de semn opus, deci sunt polarizați reciproc, iar învelișurile lor sunt deformate.

Polarizabilitate determinat de structura electronică, sarcina și dimensiunea ionului; este mai mare pentru anioni decât pentru cationi. Cea mai mare polarizabilitate dintre cationi este pentru cationii cu sarcină mai mare și dimensiuni mai mici, de exemplu, pentru Hg 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ , Al 3+ , Tl 3+. Are un puternic efect de polarizare H+ . Deoarece efectul polarizării ionilor este bidirecțional, acesta modifică semnificativ proprietățile compușilor pe care îi formează.

Al treilea tip de conexiune -dipol-dipol conexiune

Pe lângă tipurile de comunicare enumerate, există și dipol-dipol intermolecular interacțiuni, cunoscute și ca van der Waals .

Puterea acestor interacțiuni depinde de natura moleculelor.

Există trei tipuri de interacțiuni: dipol permanent - dipol permanent ( dipol-dipol atracţie); dipol permanent - dipol indus ( inducţie atracţie); dipol instantaneu - dipol indus ( dispersie atracție sau forțe londoneze; orez. 6).

Orez. 6.

Doar moleculele cu legături covalente polare au un moment dipol-dipol ( HCI, NH3, S02, H20, C6H5CI), iar puterea de legătură este 1-2 la revedere(1D \u003d 3,338 × 10 -30 metri coulomb - C × m).

În biochimie, se distinge un alt tip de legătură - hidrogen conexiune, care este un caz limitativ dipol-dipol atracţie. Această legătură se formează prin atracția dintre un atom de hidrogen și un mic atom electronegativ, cel mai adesea oxigen, fluor și azot. Cu atomi mari care au o electronegativitate similară (de exemplu, cu clor și sulf), legătura de hidrogen este mult mai slabă. Atomul de hidrogen se distinge printr-o caracteristică esențială: atunci când electronii de legare sunt îndepărtați, nucleul său - protonul - este expus și încetează să fie ecranat de electroni.

Prin urmare, atomul se transformă într-un dipol mare.

O legătură de hidrogen, spre deosebire de o legătură van der Waals, se formează nu numai în timpul interacțiunilor intermoleculare, ci și în cadrul unei molecule - intramolecular legătură de hidrogen. Legăturile de hidrogen joacă un rol important în biochimie, de exemplu, pentru stabilizarea structurii proteinelor sub formă de α-helix, sau pentru formarea unei duble helix ADN (Fig. 7).

Fig.7.

Legăturile de hidrogen și van der Waals sunt mult mai slabe decât legăturile ionice, covalente și de coordonare. Energia legăturilor intermoleculare este indicată în tabel. unu.

Tabelul 1. Energia forțelor intermoleculare

Notă: Gradul de interacțiuni intermoleculare reflectă entalpia de topire și evaporare (fierbere). Compușii ionici necesită mult mai multă energie pentru a separa ionii decât pentru a separa molecule. Entalpiile de topire ale compuşilor ionici sunt mult mai mari decât cele ale compuşilor moleculari.

Al patrulea tip de conexiune -legatura metalica

În cele din urmă, există un alt tip de legături intermoleculare - metal: conexiunea ionilor pozitivi ai rețelei de metale cu electronii liberi. Acest tip de conexiune nu apare la obiectele biologice.

Dintr-o scurtă trecere în revistă a tipurilor de legături, reiese un detaliu: un parametru important al unui atom sau ion al unui metal - un donor de electroni, precum și un atom - un acceptor de electroni este marimea.

Fără a intra în detalii, observăm că razele covalente ale atomilor, razele ionice ale metalelor și razele van der Waals ale moleculelor care interacționează cresc pe măsură ce numărul lor atomic în grupurile sistemului periodic crește. În acest caz, valorile razelor ionice sunt cele mai mici, iar razele van der Waals sunt cele mai mari. De regulă, la deplasarea în jos a grupului, razele tuturor elementelor cresc, atât covalente, cât și van der Waals.

Cele mai importante pentru biologi și medici sunt coordonare(donator-acceptator) legături considerate de chimia coordonării.

Bioanorganice medicale. G.K. Barașkov

Lecția va lua în considerare mai multe tipuri de legături chimice: metalice, hidrogen și van der Waals și, de asemenea, veți învăța cum proprietățile fizice și chimice depind de diferitele tipuri de legături chimice dintr-o substanță.

Subiect: Tipuri de legături chimice

Lecție: Legături chimice metalice și de hidrogen

conexiune metalica este un tip de legătură în metale și aliajele lor între atomi sau ioni de metal și electroni relativ liberi (gazul de electroni) într-o rețea cristalină.

Metalele sunt elemente chimice cu electronegativitate scăzută, așa că își donează cu ușurință electronii de valență. Dacă există un nemetal lângă un element metalic, atunci electronii din atomul de metal trec la nemetal. Acest tip de conexiune se numește ionic(Fig. 1).

Orez. 1. Educație

Când substante simple metale sau lor aliaje, situatia se schimba.

În timpul formării moleculelor, orbitalii de electroni ai metalelor nu rămân neschimbați. Ele interacționează între ele, formând un nou orbital molecular. În funcție de compoziția și structura compusului, orbitalii moleculari pot fi fie apropiați de totalitatea orbitalilor atomici, fie diferi semnificativ de aceștia. Când orbitalii de electroni ai atomilor de metal interacționează, se formează orbitalii moleculari. Astfel încât electronii de valență ai atomului de metal se pot mișca liber de-a lungul acestor orbitali moleculari. Nu există o separare completă, taxa, adică. metal nu este o colecție de cationi și electroni care plutesc în jur. Dar aceasta nu este o colecție de atomi, care uneori se transformă într-o formă cationică și își transferă electronii într-un alt cation. Situația reală este o combinație a acestor două opțiuni extreme.

Orez. 2

Esența formării unei legături metalice constăîn următoarele: atomii de metal donează electroni exteriori, iar unii dintre ei se transformă în ioni încărcați pozitiv. Ruptat din atomi e electroni se deplasează relativ liber între emergente pozitivioni metalici. Între aceste particule ia naștere o legătură metalică, adică electronii, parcă, cimentează ionii pozitivi din rețeaua metalică (Fig. 2).

Prezența unei legături metalice determină proprietățile fizice ale metalelor:

Plasticitate ridicată

Caldura si conductivitate electrica

Luciu metalic

Plastic este capacitatea unui material de a se deforma cu ușurință sub încărcare mecanică. Între toți atomii de metal se realizează simultan o legătură metalică, prin urmare, în timpul acțiunii mecanice asupra unui metal, legăturile specifice nu sunt rupte, ci doar poziția atomului se modifică. Atomii de metal care nu sunt legați rigid unul de celălalt pot, parcă, aluneca peste un strat de electroni gazos, așa cum se întâmplă atunci când un pahar alunecă peste altul cu un strat de apă între ei. Datorită acestui fapt, metalele pot fi ușor deformate sau rulate în folie subțire. Cele mai ductile metale sunt aurul pur, argintul și cuprul. Toate aceste metale apar în mod natural în natură, în diferite grade de puritate. Orez. 3.

Orez. 3. Metalele găsite în natură în formă nativă

Din ele, mai ales din aur, se fac diverse ornamente. Datorită plasticității sale uimitoare, aurul este folosit în decorarea palatelor. Din el puteți întinde folia cu o grosime de doar 3. 10 -3 mm. Se numeste foita de aur, aplicata pe tencuieli, muluri sau alte obiecte.

Conductivitate termică și electrică . Cei mai buni conductori de electricitate sunt cuprul, argintul, aurul și aluminiul. Dar, deoarece aurul și argintul sunt metale scumpe, cuprul și aluminiul mai ieftine sunt folosite pentru a face cabluri. Cei mai slabi conductori electrici sunt manganul, plumbul, mercurul si wolframul. Tungstenul are o rezistență electrică atât de mare încât strălucește atunci când trece un curent electric prin el. Această proprietate este utilizată la fabricarea lămpilor cu incandescență.

Temperatura corpului este o măsură a energiei atomilor sau moleculelor sale constitutive. Gazul de electroni al unui metal poate transfera destul de rapid excesul de energie de la un ion sau atom la altul. Temperatura metalului se egalizează rapid pe tot volumul, chiar dacă încălzirea vine dintr-o parte. Acest lucru se observă, de exemplu, dacă puneți o lingură de metal în ceai.

Luciu metalic. Lustrul este capacitatea corpului de a reflecta razele de lumină. Argintul, aluminiul și paladiul au o reflectivitate ridicată a luminii. Prin urmare, aceste metale sunt aplicate într-un strat subțire pe suprafața sticlei la fabricarea farurilor, proiectoarelor și oglinzilor.

legătură de hidrogen

Luați în considerare punctele de fierbere și de topire ale compușilor cu hidrogen ai calcogenului: oxigen, sulf, seleniu și telur. Orez. patru.

Orez. patru

Dacă extrapolăm mental punctele directe de fierbere și de topire ale compușilor cu hidrogen de sulf, seleniu și teluriu, vom vedea că punctul de topire al apei ar trebui să fie de aproximativ -100 0 C, iar punctul de fierbere ar trebui să fie de aproximativ -80 0 C. Acest lucru se întâmplă pentru că există o interacțiune - legătură de hidrogen, care aduce împreună molecule de apă către asociație . Este nevoie de energie suplimentară pentru a distruge acești asociați.

O legătură de hidrogen se formează între un atom de hidrogen extrem de polarizat, încărcat pozitiv și un alt atom cu o electronegativitate foarte mare: fluor, oxigen sau azot . Exemple de substanțe capabile să formeze o legătură de hidrogen sunt prezentate în fig. 5.

Orez. 5

Luați în considerare formarea legăturilor de hidrogen între moleculele de apă. Legătura de hidrogen este reprezentată de trei puncte. Apariția unei legături de hidrogen se datorează caracteristicii unice a atomului de hidrogen. Deoarece atomul de hidrogen conține un singur electron, atunci când perechea de electroni comună este trasă de un alt atom, nucleul atomului de hidrogen este expus, a cărui sarcină pozitivă acționează asupra elementelor electronegative din moleculele substanțelor.

Comparați proprietăți alcool etilic și dimetil eter. Pe baza structurii acestor substanțe, rezultă că alcoolul etilic poate forma legături de hidrogen intermoleculare. Acest lucru se datorează prezenței unei grupări hidroxo. Eterul dimetil nu poate forma legături de hidrogen intermoleculare.

Să comparăm proprietățile lor în tabelul 1.

Tab. unu

T bp., T pl, solubilitatea în apă este mai mare pentru alcoolul etilic. Acesta este un model general pentru substanțele dintre moleculele cărora se formează o legătură de hidrogen. Aceste substanțe se caracterizează printr-un Tbp., T pl mai mare, solubilitate în apă și volatilitate mai mică.

Proprietăți fizice compușii depind și de greutatea moleculară a substanței. Prin urmare, este legitim să comparăm proprietățile fizice ale substanțelor cu legături de hidrogen numai pentru substanțe cu greutăți moleculare similare.

Energie unu legătură de hidrogen de vreo 10 ori mai puțin energia legăturii covalente. Dacă moleculele organice de compoziție complexă au mai multe grupe funcționale capabile să formeze o legătură de hidrogen, atunci în ele se pot forma legături de hidrogen intramoleculare (proteine, ADN, aminoacizi, ortonitrofenol etc.). Datorită legăturii de hidrogen, se formează structura secundară a proteinelor, dubla helix a ADN-ului.

Legătura Van der Waals.

Luați în considerare gazele nobile. Compușii cu heliu nu au fost încă obținuți. Este incapabil să formeze legături chimice convenționale.

La temperaturi foarte negative se poate obține heliu lichid și chiar solid. În stare lichidă, atomii de heliu sunt ținuți împreună de forțele de atracție electrostatică. Există trei opțiuni pentru aceste forțe:

forte de orientare. Aceasta este interacțiunea dintre doi dipoli (HCl)

Atractie inductiva. Aceasta este atracția unui dipol și a unei molecule nepolare.

atracție dispersivă. Aceasta este o interacțiune între două molecule nepolare (He). Apare din cauza mișcării inegale a electronilor în jurul nucleului.

Rezumând lecția

Lecția discută trei tipuri de legături chimice: metalice, hidrogen și van der Waals. A fost explicată dependența proprietăților fizice și chimice de diferite tipuri de legături chimice dintr-o substanță.

Bibliografie

1. Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele Chimiei Generale. Clasa a 11-a: manual pentru institutii de invatamant: nivel de baza / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Ed. a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. Popel P.P. Chimie: clasa a VIII-a: un manual pentru instituţiile de învăţământ general / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K .: Centrul de informare „Academia”, 2008. - 240 p.: ill.

3. Gabrielyan O.S. Chimie. Clasa a 11a. Un nivel de bază de. Ed. a II-a, ster. - M.: Butarda, 2007. - 220 p.

Teme pentru acasă

1. Nr 2, 4, 6 (p. 41) Rudzitis G.E. Chimie. Fundamentele Chimiei Generale. Clasa a 11-a: manual pentru institutii de invatamant: nivel de baza / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - Ed. a XIV-a. - M.: Educație, 2012.

2. De ce este folosit wolfram pentru a face firele de păr ale lămpilor cu incandescență?

3. Ce explică absența unei legături de hidrogen în moleculele de aldehidă?

Toate elementele chimice cunoscute în prezent aflate în tabelul periodic sunt împărțite condiționat în două grupuri mari: metale și nemetale. Pentru ca ele să devină nu doar elemente, ci compuși, substanțe chimice, pentru a putea interacționa între ele, ele trebuie să existe sub formă de substanțe simple și complexe.

Pentru aceasta unii electroni încearcă să accepte, în timp ce alții - să ofere. Reumplendu-se reciproc în acest fel, elementele formează diverse molecule chimice. Dar ce îi ține împreună? De ce există substanțe atât de puternice pe care nici cele mai serioase unelte nu le pot distruge? Iar altele, dimpotrivă, sunt distruse de cel mai mic impact. Toate acestea se explică prin formarea diferitelor tipuri de legături chimice între atomi în molecule, formarea unei rețele cristaline cu o anumită structură.

Tipuri de legături chimice în compuși

În total, se pot distinge 4 tipuri principale de legături chimice.

1. Covalent nepolar. Se formează între două nemetale identice datorită socializării electronilor, formării perechilor de electroni comuni. Particulele nepereche Valence participă la formarea sa. Exemple: halogeni, oxigen, hidrogen, azot, sulf, fosfor.
2. polar covalent. Se formează între două nemetale diferite sau între un metal care este foarte slab în proprietăți și un nemetal care este slab în electronegativitate. De asemenea, se bazează pe perechile de electroni obișnuite și pe tragerea lor către sine de către acel atom, a cărui afinitate electronică este mai mare. Exemple: NH3, SiC, P2O5 și altele.
3. Legătură de hidrogen. Cel mai instabil și slab, se formează între un atom puternic electronegativ al unei molecule și unul pozitiv al alteia. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă atunci când substanțele sunt dizolvate în apă (alcool, amoniac și așa mai departe). Datorită acestei conexiuni, pot exista macromolecule de proteine, acizi nucleici, carbohidrați complecși și așa mai departe.
4. Legătură ionică. Se formează datorită forțelor de atracție electrostatică a ionilor încărcați diferit de metale și nemetale. Cu cât diferența dintre acest indicator este mai puternică, cu atât natura ionică a interacțiunii este mai pronunțată. Exemple de compuși: săruri binare, compuși complecși - baze, săruri.
5. O legătură metalică, al cărei mecanism de formare, precum și proprietățile, vor fi discutate în continuare. Se formează în metale, aliajele lor de diferite tipuri.

Există așa ceva ca unitatea unei legături chimice. Spune doar că este imposibil să luăm în considerare fiecare legătură chimică ca referință. Toate sunt doar unități nominale. La urma urmei, toate interacțiunile se bazează pe un singur principiu - interacțiunea electrostatică. Prin urmare, legăturile ionice, metalice, covalente și legăturile de hidrogen au o singură natură chimică și sunt doar cazuri limită unele de altele.

Metalele și proprietățile lor fizice

Metalele sunt în marea majoritate dintre toate elementele chimice. Acest lucru se datorează proprietăților lor speciale. O parte semnificativă dintre ele a fost obținută de om prin reacții nucleare în laborator, sunt radioactive cu un timp de înjumătățire scurt.

Cu toate acestea, majoritatea sunt elemente naturale care formează roci întregi și minereuri și fac parte din cei mai importanți compuși. De la ei oamenii au învățat să turneze aliaje și să facă o mulțime de produse frumoase și importante. Acestea sunt precum cupru, fier, aluminiu, argint, aur, crom, mangan, nichel, zinc, plumb și multe altele.

Pentru toate metalele, se pot distinge proprietăți fizice generale, care sunt explicate prin schema de formare a unei legături metalice. Care sunt aceste proprietăți?

1. maleabilitatea și plasticitatea. Se știe că multe metale pot fi laminate chiar și în stare de folie (aur, aluminiu). Din altele se obtin sarma, foi metalice flexibile, produse care se pot deforma la impact fizic, dar isi refac imediat forma dupa terminarea acesteia. Aceste calități ale metalelor sunt numite maleabilitate și ductilitate. Motivul acestei caracteristici este tipul metalic de conexiune. Ionii și electronii dintr-o alunecare de cristal unul față de celălalt fără a se rupe, ceea ce face posibilă menținerea integrității întregii structuri.
2. Luciu metalic. De asemenea, explică legătura metalică, mecanismul de formare, caracteristicile și caracteristicile sale. Deci, nu toate particulele sunt capabile să absoarbă sau să reflecte unde luminoase de aceeași lungime de undă. Atomii majorității metalelor reflectă razele cu lungime de undă scurtă și capătă aproape aceeași culoare de argintiu, alb, albăstrui pal. Excepțiile sunt cuprul și aurul, culoarea lor este roșu-roșu, respectiv galben. Ele sunt capabile să reflecte radiația cu lungime de undă mai mare.
3. Conductivitate termică și electrică. Aceste proprietăți se explică și prin structura rețelei cristaline și prin faptul că în formarea acesteia se realizează un tip de legătură metalic. Datorită „gazului de electroni” care se mișcă în interiorul cristalului, curentul electric și căldura sunt distribuite instantaneu și uniform între toți atomii și ionii și conduse prin metal.
4. Stare solidă de agregare în condiții normale. Singura excepție aici este mercurul. Toate celelalte metale sunt în mod necesar compuși puternici, solizi, precum și aliajele lor. Este, de asemenea, rezultatul prezenței unei legături metalice în metale. Mecanismul de formare a acestui tip de legare a particulelor confirmă pe deplin proprietățile.

Acestea sunt principalele caracteristici fizice ale metalelor, care sunt explicate și determinate de schema de formare a unei legături metalice. Această metodă de conectare a atomilor este relevantă în special pentru elementele metalelor, aliajele acestora. Adică pentru ei în stare solidă și lichidă.

Legături chimice de tip metal

Care este particularitatea sa? Chestia este că o astfel de legătură nu se formează din cauza ionilor încărcați diferit și a atracției lor electrostatice și nu datorită diferenței de electronegativitate și prezenței perechilor de electroni liberi. Adică, legăturile ionice, metalice, covalente au o natură ușor diferită și caracteristici distinctive ale particulelor care sunt legate.

Toate metalele au următoarele caracteristici:

• un număr mic de electroni per (cu excepția unor excepții, care pot avea 6,7 ​​și 8);
• rază atomică mare;
• energie de ionizare scăzută.

Toate acestea contribuie la separarea ușoară a electronilor exteriori nepereche de nucleu. În acest caz, atomul are o mulțime de orbiti liberi. Schema de formare a unei legături metalice va arăta doar suprapunerea a numeroase celule orbitale de atomi diferiți între ele, care, ca urmare, formează un spațiu intracristalin comun. Electronii sunt alimentați în el de la fiecare atom, care încep să rătăcească liber în diferite părți ale rețelei. Periodic, fiecare dintre ele se atașează la un ion la un loc de cristal și îl transformă într-un atom, apoi se detașează din nou, formând un ion.

Astfel, o legătură metalică este o legătură între atomi, ioni și electroni liberi dintr-un cristal metalic comun. Un nor de electroni care se mișcă liber în interiorul unei structuri se numește „gaz de electroni”. Ea explică majoritatea metalelor și aliajelor lor.

Cum se realizează exact o legătură chimică metalică? Se pot da diverse exemple. Să încercăm să luăm în considerare o bucată de litiu. Chiar dacă îl iei de mărimea unui bob de mazăre, vor fi mii de atomi. Să ne imaginăm că fiecare dintre aceste mii de atomi donează singurul său electron de valență spațiului cristalin comun. În același timp, cunoscând structura electronică a unui element dat, se poate vedea numărul de orbitali gol. Litiul va avea 3 dintre ele (orbitalii p ai celui de-al doilea nivel de energie). Trei pentru fiecare atom din zeci de mii - acesta este spațiul comun din interiorul cristalului, în care „gazul de electroni” se mișcă liber.

O substanță cu o legătură metalică este întotdeauna puternică. La urma urmei, gazul de electroni nu permite cristalului să se prăbușească, ci doar schimbă straturile și se restaurează imediat. Strălucește, are o anumită densitate (cel mai adesea mare), fuzibilitate, maleabilitate și plasticitate.

Unde altundeva se realizează o legătură metalică? Exemple de substante:

• metale sub formă de structuri simple;
• toate aliajele metalice între ele;
• toate metalele și aliajele lor în stare lichidă și solidă.

Există doar un număr incredibil de exemple specifice, deoarece există mai mult de 80 de metale în sistemul periodic!

Legătura metalică: mecanism de formare

Dacă o luăm în considerare în termeni generali, atunci am subliniat deja punctele principale de mai sus. Prezența electronilor liberi și a celor ușor de desprins din nucleu datorită energiei scăzute de ionizare sunt principalele condiții pentru formarea acestui tip de legătură. Astfel, se dovedește că este implementat între următoarele particule:

• atomi din nodurile rețelei cristaline;
• electroni liberi, care erau valența în metal;
• ioni în locurile rețelei cristaline.

Rezultatul final este o legătură metalică. Mecanismul de formare în termeni generali se exprimă prin următoarea notație: Me 0 - e - ↔ Me n+. Din diagramă este evident ce particule sunt prezente în cristalul metalic.

Cristalele în sine pot avea o formă diferită. Depinde de substanța specifică cu care avem de-a face.

Tipuri de cristale metalice

Această structură a unui metal sau a aliajului său este caracterizată printr-o ambalare foarte densă de particule. Este furnizat de ioni la nodurile cristalului. Grilele în sine pot avea diferite forme geometrice în spațiu.

1. Rețea cubică centrată pe volum - metale alcaline.
2. Structură compactă hexagonală - toate pământurile alcaline cu excepția bariului.
3. Cubic centrat pe față - aluminiu, cupru, zinc, multe metale de tranziție.
4. Structura romboedrică - în mercur.
5. Tetragonal - indiu.

Cu cât este situat mai jos în sistemul periodic, cu atât este mai complexă împachetarea lui și organizarea spațială a cristalului. În acest caz, legătura chimică metalică, dintre care exemple pot fi date pentru fiecare metal existent, este decisivă în construcția unui cristal. Aliajele au o organizare foarte diversă în spațiu, dintre care unele încă nu sunt pe deplin înțelese.

Caracteristici de comunicare: nedirecțional

Legăturile covalente și metalice au o trăsătură distinctivă foarte pronunțată. Spre deosebire de primul, legătura metalică nu este direcțională. Ce înseamnă? Adică, norul de electroni din interiorul cristalului se mișcă complet liber în limitele sale în direcții diferite, fiecare dintre electroni fiind capabil să unească absolut orice ion la nodurile structurii. Adică, interacțiunea se desfășoară în direcții diferite. Prin urmare, ei spun că legătura metalică este nedirecțională.

Mecanismul legăturii covalente implică formarea de perechi de electroni comuni, adică nori de atomi suprapusi. Mai mult, are loc strict de-a lungul unei anumite linii care leagă centrele. Prin urmare, ei vorbesc despre direcția unei astfel de conexiuni.

Saturabilitatea

Această caracteristică reflectă capacitatea atomilor de a avea o interacțiune limitată sau nelimitată cu alții. Deci, legăturile covalente și metalice din acest indicator sunt din nou opuse.

Primul este saturabil. Atomii care participă la formarea sa au un număr strict definit de electroni externi de valență care sunt direct implicați în formarea compusului. Mai mult decât este, nu va avea electroni. Prin urmare, numărul de legături formate este limitat de valență. De aici saturația conexiunii. Datorită acestei caracteristici, majoritatea compușilor au o compoziție chimică constantă.

Legăturile metalice și de hidrogen, pe de altă parte, sunt nesaturabile. Acest lucru se datorează prezenței a numeroși electroni și orbiti liberi în interiorul cristalului. Ionii joacă, de asemenea, un rol în nodurile rețelei cristaline, fiecare dintre acestea putând deveni un atom și din nou un ion în orice moment.

O altă caracteristică a unei legături metalice este delocalizarea norului de electroni intern. Se manifestă prin capacitatea unui număr mic de electroni comuni de a lega împreună multe nuclee atomice de metale. Adică, densitatea pare a fi delocalizată, distribuită uniform între toate verigile cristalului.

Exemple de formare de legături în metale

Să ne uităm la câteva opțiuni specifice care ilustrează modul în care se formează o legătură metalică. Exemple de substanțe sunt următoarele:

• zinc;
• aluminiu;
• potasiu;
• crom.

Formarea unei legături metalice între atomii de zinc: Zn 0 - 2e - ↔ Zn 2+. Atomul de zinc are patru niveluri de energie. Orbitali liberi, pe baza structurii electronice, are 15 - 3 în orbitali p, 5 în 4d și 7 în 4f. Structura electronică este următoarea: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 0 4d 0 4f 0, în atom sunt 30 de electroni. Adică, două particule negative cu valență liberă sunt capabile să se miște în 15 orbitali spațioși și neocupați. Și așa este cu fiecare atom. Ca rezultat - un spațiu comun imens, constând din orbitali goali și un număr mic de electroni care leagă întreaga structură.

Legătura metalică între atomii de aluminiu: AL 0 - e - ↔ AL 3+. Cei treisprezece electroni ai unui atom de aluminiu sunt situati pe trei niveluri de energie, pe care evident le au in exces. Structura electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Orbitale gratuite - 7 bucăți. Evident, norul de electroni va fi mic în comparație cu spațiul liber intern total din cristal.

Legătură de crom metal. Acest element este deosebit prin structura sa electronică. Într-adevăr, pentru a stabiliza sistemul, electronul cade de la 4s la orbitalul 3d: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4p 0 4d 0 4f 0 . Există 24 de electroni în total, dintre care șase sunt de valență. Ei sunt cei care intră în spațiul electronic comun pentru a forma o legătură chimică. Există 15 orbitali liberi, ceea ce este încă mult mai mult decât este necesar pentru umplere. Prin urmare, cromul este, de asemenea, un exemplu tipic de metal cu o legătură corespunzătoare în moleculă.

Unul dintre cele mai active metale, care reacționează chiar și cu apa obișnuită cu aprindere, este potasiul. Ce explică aceste proprietăți? Din nou, în multe feluri - un tip metalic de conexiune. Acest element are doar 19 electroni, dar sunt deja localizați la 4 niveluri de energie. Adică pe 30 de orbitali de diferite subniveluri. Structura electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0 4p 0 4d 0 4f 0 . Doar două cu energie de ionizare foarte scăzută. Ieșiți liber și intrați în spațiul electronic comun. Există 22 de orbitali pentru a muta un atom, adică un spațiu liber foarte mare pentru „gazul de electroni”.

Asemănări și diferențe cu alte tipuri de relații

În general, această problemă a fost deja discutată mai sus. Nu putem decât să generalizăm și să tragem o concluzie. Principalele caracteristici distinctive ale cristalelor metalice de toate celelalte tipuri de comunicare sunt:

• mai multe tipuri de particule implicate în procesul de legare (atomi, ioni sau atom-ioni, electroni);
• structură geometrică spațială diferită a cristalelor.

Cu hidrogen și legături ionice, legătura metalică este nesaturabilă și nedirecțională. Cu o polară covalentă - o puternică atracție electrostatică între particule. Separat de ionic - tipul de particule din nodurile rețelei cristaline (ioni). Cu atomi covalenti nepolari la nodurile cristalului.

Tipuri de legături în metale cu diferite stări de agregare

După cum am observat mai sus, legătura chimică metalică, dintre care exemple sunt date în articol, se formează în două stări de agregare a metalelor și aliajelor lor: solidă și lichidă.

Apare întrebarea: ce tip de legătură în vaporii de metal? Răspuns: polar covalent și nepolar. Ca în toți compușii care sunt sub formă de gaz. Adică, cu încălzirea prelungită a metalului și transferul acestuia dintr-o stare solidă în stare lichidă, legăturile nu se rupe și structura cristalină este păstrată. Cu toate acestea, când vine vorba de transferul unui lichid într-o stare de vapori, cristalul este distrus și legătura metalică este transformată într-una covalentă.

Clasificarea materialelor

În prezent, toate materialele moderne sunt acceptate pentru a fi clasificate corespunzător.

Cele mai importante în tehnologie sunt clasificările după funcționale și structurale semne de materiale.

Principalul criteriu de clasificare a materialelor prin caracteristici structurale este starea de agregare, în funcție de care se împart în următoarele tipuri: materiale solide, lichide, gaze, plasmă.

Materialele solide, la rândul lor, sunt împărțite în cristaline și necristaline.

Materialele cristaline pot fi împărțite în funcție de tipul de legătură dintre particule: atomice (covalente), ionice, metalice, moleculare (Fig. 2.1.).

Tipuri de legături între atomi (molecule) din cristale

Un atom este format dintr-un nucleu încărcat pozitiv și electroni care se mișcă în jurul lui (încărcați negativ). Un atom în stare staționară este neutru din punct de vedere electric. Distingeți electronii externi (de valență), a căror conexiune cu nucleul este nesemnificativă și internă - ferm conectată cu nucleul.

Formarea rețelei cristaline are loc după cum urmează. În timpul trecerii de la starea lichidă la starea cristalină, distanța dintre atomi scade, iar forțele de interacțiune dintre ei cresc.

Legătura dintre atomi se realizează prin forțe electrostatice, adică. prin natura, conexiunea este una - are o natura electrica, dar se manifesta diferit in diferite cristale. Există următoarele tipuri de legături: ionice, covalente, polare, metalice.

Tipul covalent de legătură

O legătură covalentă se formează datorită perechilor de electroni comuni care apar în învelișurile atomilor legați.

Ea poate fi format din atomi ai aceluiasi element si apoi este nepolar; de exemplu, o astfel de legătură covalentă există în moleculele gazelor cu un singur element H2, O2, N2, Cl2 etc.

Legătura covalentă poate fi format din atomi de elemente diferite, asemănătoare ca natură chimică, iar apoi este polar; de exemplu, o astfel de legătură covalentă există în moleculele H20, NF3, CO2.

O legătură covalentă se formează între atomii elementelor care au caracter electronegativ.

Cu acest tip de legătură se realizează socializarea electronilor liberi de valență ai atomilor vecini. În efortul de a dobândi un înveliș de valență stabil format din 8 electroni, atomii se combină în molecule, formând una sau mai multe perechi de electroni, care devin comuni atomilor de legătură, adică. fac simultan parte din învelișurile de electroni a doi atomi.

Materialele cu o legătură covalentă sunt foarte fragile, dar au duritate mare (diamantul). Acestea sunt, de regulă, dielectrice sau semiconductori (germaniu, siliciu). sarcinile electrice sunt interconectate și nu există electroni liberi.

Atomii din moleculele gazelor simple sunt legați printr-o legătură covalentă (H2, Cl2 etc.)

Singura substanță cunoscută de om cu un exemplu de legătură covalentă între un metal și carbon este cianocobalamina, cunoscută sub numele de vitamina B12.

Cristale ionice (NaCl)

Legătură ionică este o legătură chimică educatîn detrimentul atracție electrostatică între cationiși anionii.

Formarea unor astfel de cristale se formează prin trecerea electronilor atomilor de un tip la atomi de altul de la Na la Cl. Un atom care pierde un electron devine un ion încărcat pozitiv, în timp ce un atom care câștigă un electron devine un ion negativ. Apropierea ionilor de diferite semne are loc până când forțele de respingere ale nucleului și învelișurilor de electroni echilibrează forțele de atracție. Majoritatea dielectricilor minerali și unele materiale organice au o legătură ionică (NaCl, CsCl, CaF2).

Solidele legate ionic sunt în majoritatea cazurilor puternice din punct de vedere mecanic, rezistente la temperatură, dar adesea fragile. Materialele cu acest tip de conexiune nu sunt folosite ca materiale structurale.

Tip racord metalic

În metale, legătura dintre atomii individuali se formează datorită interacțiunii dintre nucleele încărcate pozitiv și electronii colectivizați, care se mișcă liber în spațiile interatomice. Acești electroni joacă rolul cimentului, ținând împreună ionii pozitivi; în caz contrar, rețeaua s-ar dezintegra sub acțiunea forțelor de respingere dintre ioni. În același timp, electronii sunt deținuți și de ioni din rețeaua cristalină și nu pot părăsi aceasta. O astfel de legătură se numește legătură metalică.

Prezența electronilor liberi duce la o conductivitate electrică și termică ridicată a metalului și este, de asemenea, motivul strălucirii metalelor. Ductilitatea metalelor se explică prin mișcarea și alunecarea straturilor individuale de atomi.

Practic, în orice material nu există una, ci mai multe tipuri de legături. Proprietățile materialelor sunt determinate de tipurile predominante de legături chimice ale atomilor și moleculelor substanței materialului.

Din materiale atomo-cristaline, a căror structură este dominată de legaturi covalente, modificările polimorfe ale materialelor carbonice și semiconductoare bazate pe elemente din grupa IV a sistemului periodic de elemente sunt de cea mai mare importanță în tehnologie. Reprezentanții tipici ai primului sunt diamantul și grafitul - cea mai comună și stabilă modificare a carbonului cu o structură stratificată în scoarța terestră. Germaniul cristalin semiconductor și siliciul sunt principalele materiale ale electronicii semiconductoare.

De mare interes sunt unii compuși cu legătură covalentă, precum Fe 3 C, SiO, AlN - acești compuși joacă un rol important în aliajele tehnice.

Într-o colecție vastă ion-cristal materialele care au o structură cristalină cu legături ionice includ oxizi metalici (compuși ai metalelor cu oxigen), care sunt componente ale celor mai importante minereuri, aditivi tehnologici în topirea metalelor, precum și compuși chimici ai metalelor și nemetalelor (borul). , carbon, azot), care sunt utilizate ca componente de aliaj.

Tipul metalic de legătură este caracteristic pentru mai mult de 80 de elemente ale tabelului periodic.

La solide cristaline pot fi atribuite și materiale cu structură cristale moleculare, care este caracteristic multor materiale polimerice ale căror molecule constau dintr-un număr mare de unități repetate. Aceștia sunt biopolimeri - compuși naturali cu molecul mare și derivații acestora (inclusiv lemn); polimeri sintetici derivați din compuși organici simpli ale căror molecule au catene principale anorganice și nu conțin grupări laterale organice. Polimerii anorganici includ silicați și lianți. Silicații naturali sunt o clasă a celor mai importante minerale care formează roci care formează aproximativ 80% din masa scoarței terestre. Lianții anorganici includ cimentul, gipsul, varul etc. Cristalele moleculare de gaze inerte - elemente din grupa VIII a sistemului periodic - se evaporă la temperaturi scăzute fără a trece în stare lichidă. Ei își găsesc aplicație în crioelectronica, care este angajată în crearea de dispozitive electronice bazate pe fenomenele care au loc în solide la temperaturi criogenice.

Orez. 1.2. Dispunerea atomilor în materie cristalină (a) și amorfă (b).

A doua clasă de materiale sunt materiale solide necristaline. Ele sunt împărțite pe baza ordinii și stabilității structurii în amorfe, sticloase și nesticuloase într-o stare semi-dezordonată.

Reprezentanții tipici ai materialelor amorfe sunt semiconductorii amorfe, metalele amorfe și aliajele.

Pentru grup vitros materialele includ: o serie de polimeri organici (poliacrilat de metil la temperaturi sub 105 ° C, clorură de polivinil - sub 82 ° C și altele); multe materiale anorganice - sticlă anorganică pe bază de oxizi de siliciu, bor, aluminiu, fosfor etc.; multe materiale pentru turnarea pietrei - bazalt și diabaze cu structură sticloasă, zguri metalurgice, carbonați naturali cu structură insulă și în lanț (dolomit, marnă, marmură etc.).

În stare nesticoasă, semidezordonată, există jeleuri (sisteme structurate polimer-solvent formate în timpul solidificării soluțiilor polimerice sau umflarea polimerilor solizi), mulți polimeri sintetici în stare foarte elastică, cauciucuri și cauciucuri, majoritatea materiale pe bază de biopolimeri, inclusiv materiale textile și piele, precum și lianți organici - bitum, gudron, smoală etc.

După funcție materialele tehnice sunt împărțite în următoarele grupe.

Materiale de construcție - materiale solide destinate fabricării produselor supuse solicitărilor mecanice. Acestea trebuie să aibă un set de proprietăți mecanice care să ofere performanța necesară și durata de viață a produselor atunci când sunt expuse la mediul de lucru, temperatură și alți factori.

Orez. 1.1. Clasificarea materialelor cristaline solide după caracteristicile structurale

Totodată, le sunt impuse cerințe tehnologice, care determină cea mai mică laboriozitate în fabricarea pieselor și structurilor, și cele economice, legate de costul și disponibilitatea materialului, care este foarte important în producția de masă. Materialele structurale includ metale, silicați și ceramică, polimeri, cauciuc, lemn și multe materiale compozite.

Materiale electrice caracterizate prin proprietăți electrice și magnetice deosebite și sunt destinate fabricării produselor utilizate pentru producerea, transportul, conversia și consumul de energie electrică. Acestea includ materiale magnetice, conductori, semiconductori, precum și dielectrici în faze solide lichide și gazoase.

Materiale tribologice sunt destinate utilizării în unitățile de frecare pentru a controla parametrii de frecare și uzură pentru a asigura performanța și resursele specificate ale acestor unități. Principalele tipuri de astfel de materiale sunt lubrifiante, antifricțiune și frecare. Primele includ lubrifianți în faze solide (grafit, talc, bisulfură de molibden, etc.), lichide (uleiuri lubrifiante) și gazoase (aer, vapori de hidrocarburi și alte gaze).Totalitatea materialelor antifricțiune include aliaje de metale neferoase (babbits). , bronzuri etc. ), fontă cenușie, materiale plastice (textolit, materiale pe bază de fluoroplastice etc.), materiale compozite cermet (bronz grafit, fier grafit etc.), unele tipuri de lemn și materiale plastice laminate din lemn, cauciuc, multe compozite Materialele de frecare au un coeficient ridicat de frecare și rezistență mare la uzură Acestea includ unele tipuri de materiale plastice, fontă, cermet și alte materiale compozite.

Materiale pentru scule se disting prin duritate ridicată, rezistență la uzură și rezistență, sunt destinate fabricării de unelte de tăiere, măsurare, prelucrare metalică și alte unelte. Acestea includ materiale precum oțel de scule și aliaje dure, diamante și unele tipuri de materiale ceramice și multe materiale compozite.

organele de lucru - materiale gazoase și lichide, cu ajutorul cărora energia este transformată în lucru mecanic, frig, căldură. Fluidele de lucru sunt vapori de apă în motoarele cu abur și turbine; amoniac, dioxid de carbon, freon și alți agenți frigorifici din frigidere; uleiuri hidraulice; aer în motoarele pneumatice; produse gazoase din arderea combustibililor fosili în turbine cu gaz, motoare cu ardere internă.

Combustibil - materiale combustibile, a căror parte principală este carbonul, utilizate pentru a obține energie termică prin arderea lor. După origine, combustibilul este împărțit în natural (petrol, cărbune, gaze naturale, șisturi bituminoase, turbă, lemn) și artificial (cocs, combustibili pentru motoare, gaze generatoare etc.); după tipul de mașini în care este ars - pentru rachetă, motor, nuclear, turbină etc.