Типы межатомных и межмолекулярных сил в твердых телах, страница 7

Вещество	Вид взаимодействия
	Дисперсионное	Индукционное	Ориентационное
H2O	19	4	77
NH3	50	5	45
HCl	81	4	15
CO	100	-	-

Следует отметить, что силы Ван-дер-Ваальса являются существенными не только при образовании твердого состояния у нейтральных атомов и молекул. Именно эти силы обеспечивают и сцепление частичек грунтов, и адгезию (прилипание) окисных пленок к поверхности металла, и обволакивание свежесколотых поверхностей пленкой мономолекулярной толщины из газов и паров атмосферы. Последний процесс происходит очень быстро, при атмосферном давлении и комнатной температуре - за доли секунды. Эти пленки прочно удерживаются даже неокисленной поверхностью и могут быть удалены лишь в вакууме путем прогрева и бомбардировкой ионами инертных газов.

1.3.6. Смешанные типы связей

Следует признать, что в отношении подавляющего большинства применяемых человечеством материалов строгое деление их по типам  связей невозможно. Хотя ранее и были выделены 4 основных типа связей: Ван-дер-Ваальса, ионная, ковалентная и металлическая, - в чистом виде такие связи встречаются весьма редко. Новые классы веществ типа  халькогенидов, которые характеризуются разнообразием типов связей, по своим свойствам, в зависимости от химического состава или искусственно создаваемой структуры, занимают широкий диапазон, например, от диэлектриков до проводников. Сюда относятся некоторые интерметаллиды и органические соединения, сложные интерколированные структуры на основе дихалькогенидных соединений TaTe₂, МoТе₂, РbТе₂, имеющие сложную структуру, причем между слоями дихалькогенида располагаются тонкие слои органических соединений.

 Смешанные и переходные типы межатомных связей весьма характерны для двух-, трех и многоатомных и многофазных соединений

На рис. 1.3.13 сочетание основных и промежуточных типов связей изображено схематически для некоторых элементов и соединений. Угловая точка соответствует 100% основной связи.

В некоторых веществах характер межатомных связей заметно изменяется в результате их  взаимодействия с окружающей средой или в  результате химических реакций.

Рис. 1.3.13. Основные и промежуточные  межатомные связи

Рис.1.3.14. Связи в молекуле и между молекулами HCl в газе (а), в водном растворе (б), в твердом теле

Так молекулы  HCl  (рис. 1.3.14) в газовой фазе характеризуются ковалентным типом связи, в водном растворе в них преобладает ионный тип связи, а в твердом - ван-дер-ваальсовы связи.

Нагревание Si и Ge переводит их из соединений ковалентного типа в соединение, близкое к металлическому.

В результате взаимодействия с другим атомом или группой просто образуется общая для них молекулярная орбиталь МО (рис. 1.3.15).

Рис.1.3.15. Возникновение координационной связи

В ряде случаев для объяснения свойств соединений мостикового типа, например, NH₃×BF₃, Al₂Cl₆, цепочечных соединений типа   BaCl₂ и других  привлекаются представления о так называемой координационной связи. Ее отличие от ковалентной связи заключается лишь в том, что, если при ковалентной связи каждый атом поставляет в каждую связь по одному электрону, в результате чего образуются общие электронные пары с противоположной ориентацией спинов, - то в координационной связи оба электрона первоначально принадлежат атомной орбитали (А₀) одного атома (донора а).

В различных веществах, склонных к комплексообразованиям, сольватации, гидратации и т.п. - устойчивость обязана многоцентровым связям. Вообще точного определения комплексных соединений на сегодняшний день нет. Г.В.Бокий предлагает называть комплексными соединения, в которых:

1) всегда имеются группы атомов, внутри которых связь более тесная, чем с другими атомами; эти группы называют   комплексами и в структурных формах помещают в квадратные скобки;

2) в комплексе атомы группируются вокруг  некоторого атома, называемого комплексообразующим или центральным, атомную группу, связанную с центральным атомом, называют лигандом, а многоцентровую связь часто называют лигандной;

3) центральный атом является атомом металла, как правило, с большой валентностью. Комплекс-лиганд по электрическому заряду может быть положительным, отрицательным или нейтральным. В последнем случае связь между комплексами может  осуществляться как у молекулярных кристаллов.

Классифицируют комплексные соединения обычно по координационному числу Z  и по форме комплекса, Z может изменяться от 2 до 8, но чаще всего равно 6, что соответствует образованию многогранника-октаэдра, образованного из лигандных групп.

Например, в структуре K₂[PtCl₆] (рис.1.3.16) в состав комплекса-лиганда входят ковалентно связанные атомы Pt  и 6 атомов хлора. Связь между комплексами осуществляется за счет ионных связей через калий.

Рис.1.3.16. Структура комплексной решетки K₂[PtCl₆]. 1,2,3,4 - лиганды передней грани куба, 5,6,7,8-задняя грань куба, 9,10 - верхняя и нижняя грани соответственно, 11,12,13,16 - левая, задняя, правая и передняя грани

При теоретическом рассмотрении лигандных связей предпочтение отдают методу молекулярных орбиталей (МО). При этом учитывают, что для металлических атомов, являющихся центрами комплексов, характерно расщепление d - (или f) - уровней за счет электростатического поля лигандов.