Элементар ұяшық және кристалдық құрылымдар арасындағы байланыс

Металдық байланыс – оң зарядты иондар мен еркiн қозғала алатын (салыстырмалы түрде) валенттiк электрондар газының арасындағы байланыс. Мұндай байланыс кристал iшiнде айырықша бағытталмаған. Оның атомаралық байланыс энергиясы (күшi) барлық бағытта бiрдей.

Коваленттiк байланыс – иондар арасындағы электрондық жұптардың пайда болуы нәтижесiнде жүзеге асады. Бұл бағытталған, күштi байланыс. Коваленттiк байланысы бар заттарға – алмаз, көмiртегi, өтпелi металдар, кремний, германий, йод, селен және т.б. жатады.

Иондық байланыстар оң және терiс зарядыталған иондардың арасында (бiр атом валенттiк электронын бередi, екiншi атом оны қосып алады) пайда болады. Мұндай байланыс иондық қосылыстарда және қатты ерiтiндiлерде кездеседi.

Кейбiр қарапайым, әсiресе күрделi заттарда көрсетiлген атомаралық байланыстар бiрге кездеседi. Оны – аралас химиялық байланыстар деп атайды.

Кез келген химиялық әсерлесудiң пайда болуына байланысты бейтарап атомдар (мысалы: жұп күйiндегi атомдар) алдымен сұйық, кейiннен қатты күйге өтедi. Қатты күйде атомдар әр заттың өзiне тән ретiмен орналасып, кеңiстiкте кристалдық тор құрады. Иондар осы тордың түйiндерiнде тербелмелi жылулық қозғалыста болады. Ал электрондар – олардың арасындағы кеңiстiкте химиялық байланысты қамтамасыз етедi.

Сонымен, кристалдық тор деп – шартты түрде түйiндерiнде материалдық бөлшектер (иондар) орналасқан кеңiстiктегi торды (реттелген нүктелер жүйесiн) айтады. Түйiндердiң арасы ойша байланыс сызығымен жалғасады. Кристалдық тордың симметриясын, атомдардың орналасу ретiн, тығыздығын, т.б. қасиеттерiн сақтайтын ең кiшi бөлiгiн – қарамайым тор немесе тор ұя деп атайды. Қарапайым торды үш бағытта үздiксiз тасымалдау арқылы тұтас кристалдық тор тұрғызуға болады. Әрбiр тор ұяның немесе кристалдық тордың түрi олардың негiзгi параметрлерiмен анықталады (үш бағыттағы атомаралық қашықтықтары немесе периодтар a,b,c және тор ұяның қырларының арасындағы бұрыштар a, b, g).

Әрбiр металл өз кристалдық торымен сипатталады:

- Na, K, Ba, Fe_a металдарың атомдар көлемге центрленген текше құрайды (КЦТ);

- Cu, Ag, Pb, Bi, Co, Fe металдардың атомдар қабырғаға центрленген кубын құрайды (ҚЦК.);

- Mg, Be, Zn, Ca, Cd, Sn металдардың атомдары гексогоналдық тығыз орналасқан торды құрайды (ГТО).

Кристалдық тордағы атомдардың ара қашықтағы өте жақын (10^-8см) болғандықтан, олардың орналасуын, яғни кристалдық тордың түрiн рентгендік талдау арқылы анықтайды.

Кристалдық торды сипаттайтын мынадай негiзгi шамалар бар: тор параметрлерi немесе периоды; базисi; координаттык саны; жинақтылық коэффициентi т.б.

Тордың параметрi деп оның жақын жатқан екi атомдарының арасындағы қашықтықты айтады. Тор параметрi (периоды – a, b c) ангстреммен (1А⁰ = 10^-8см) өлшенедi.

Әрбiр қарапайым торға тиiстi атом санын тордың базисi деп атайды. Мысалы, көлемге центрленген текше торының базисi – 2. Себебi тордың ортасында 1 атом орналасқан және текшенің 8 төбесiндегi әрбiр 8 атом басқа сыбайлас 8 торға қатысты.

Берiлген атомға ең жақын орналасқан атомдар саны тордың координаттық саны деп аталады. Бұл шама тор атомдарының өз ара байланыстарын сипаттайды. Көлемге центрленген текше тордың координаттық саны – 8, қабырғаға центрленген текше тордiкi – 12.

Тордағы атомдар көлемiнiң жалпы тор көлемiне қатынасын тордың жинақтылық коэффициентi деп атайды. Жинақтылық коэффициентi тор атомдарының орналасу тығыздығын сипаттайды.

Сонымен бiрге, әр заттың кристалдық торы тек өзiне ғана тән (типтi басқа заттардың тор ұяларына ұқсас болса да) кристаллографиялық эквиваленттi атомдық жазықтар және бағытттармен сипатталады. Әрбiр кристаллографиялық жазықтық жүйесiнiң тұрақты бiр жазықтық аралық қашықтағының мәнi болады (d). Ал барлық жазықтықтар жүйелерiне сәйкес жазықтықаралық қашықтықтарының мәндерi (d₁, d₂, … d_n) заттың тек өзiне ғана тән жүйе құрайды. Дифракциялық әдiстермен анықталатын осы мәндер – жүйесiнiң көмегiмен кез келген заттың кристалдық торын анықтауға болады.

Металдық байланысы бар заттарда атомдар симметриясы жоғары, тығыздығы жоғары, ықшамды кристалдық торлар.