معرفی چند نوع پیوند در مواد

[Mehrab373]

پیوند یونی :
در این نوع پیوند اتم دهنده الکترون ( مانند فلز ) یک یا چند الکترون را به یک اتم گیرنده الکترون ( غیر فلز ) می دهد . بدین ترتیب ، دهنده الکترون (فلز ) تبدیل به کاتیون و گیرنده الکترون ( غیر فلز ) تبدیل به آنوین می شود که به دلیل انرژی الکترواستاتیکی به طور محکم به یکدیگر جذب می شوند . جذب کاتیون ها و آنیون ها به یکدیگر باعث ایجاد پیوند یونی می گردد . جامدات یونی از ترکیب تعداد بسیار زیادی یون تشکیل می شوند ، یون ها به صورت مرتب کنار هم قرار می گیرند ، بنابراین هر کاتیونی با تعداد زیادی آنیون جهت کاهش دافعه متقابل قوی کاتیون ها احاطه می گردد .بدین ترتیب فشردگی بیشتر باعث کاهش انرژی کل مجموعه شده و منجر به تشکیل ساختار کریستالی بسیار منظم می گردد . اتم هایی که الکترون پیوندی ازدست داده اند به صورت کاملاً محکم در پیوند یونی نگه داشته می شوند . ساختار الکترونی اتم با ایجاد پیوند یونی تغییر می کند . از آنجایی که الکترون های پیوندی به عنوان حامل بار عمل نمی کنند ، جامد های یونی هدایت کننده های الکترونی ضعیفی هستند . در نهایت باید گفت که وضعیت انرژی کل پایین این نوع جامدات ، باعث قرارگیری آنها در حالت فعالیت شیمیایی پایین می گردد . کلرید سدیم ( NaCl ) و کلرید منیزیم (MgCl2) مثال هایی از این نوع ترکیبات هستند .

پیوند کووالانسی :
عناصری مثل کربن و سیلیکون که در جدول تناوبی بین فلزات و غیر فلزات قرار گرفته اند در لایه آخر الکترونی خود دارای 4 الکترون والانس هستند و تمایل این اتم ها در دادن یا گرفتن الکترون آزاد جهت رسیدن با ساختار پایدار تقریباً یکسان است . به این دلیل این اتم ها پیوند یونی تشکیل نمی دهند و با به اشتراک گذاشتن الکترون های والانس خود به ساختار پایدار الکترونی می رسند . برای مثال 2 اتم کربن هر کدام می توانند با به اشتراک گذاشتن یک الکترون تشکیل یک زوج پیوندی بدهند . این زوج اشتراکی الکترون ها با عث ایجاد پیوند کوالانسی می گردد . اگر یک اتم کربن مرکزی با 4 اتم دیگر به این صورت تشکیل پیوند کووالانسی دهد ( دو الکترون در هر پیوند ) ، ساختاری پایدار با 8 الکترون (والانس) به اشتراک گذاشته به دست می آید . اتم های کربن بیشتر می توانند جهت رشد ساختار اضافه شوند . بنابراین هر اتم دارای 4 همسایه اتمی بوده که با هر کدام یک پیوند اشتراکی برقرار ساخته است . همسایه اغلب تشکیل یک چهار وجهی داده و چهار وجهی به صورت یک ساختار تکراری در کل مجموعه تکرار می گردد ( بلور ) . این ساختار درالماس و سیلیس به چشم می خورد . الماس به عنوان سخت ترین ماده نشان دهنده قدرت پیوند کووالانسی است . این نوع پیوند در حقیقت باعث ایجاد ساختار خاص الکترونی ( در پیوند کووالانسی تمام الکترون ها به صورت زوج هستند ) و ساختار خاص اتمی ( بلور) می گردد . مشابه با پیوند یونی ، مواد دارای پیوند کووالانسی به دلیل قرارگیری الکترونهای والانس در پیوند کووالانسی خواص هدایت الکتریکی بسیار ضعیفی دارند .

پیوند فلزی :
سومین دسته از پیوند های قوی پیوند های فلزی هستند . اتم های فلز به عنوان دهنده های قوی الکترون با اتم های فلزی دیگر به صورت یونی یا کووالانسی پیوندی برقرار نمی کنند . اما اکثر فلزات بسیار محکم و قوی هستند ( کبالت ) و حتی دارای نقطه ذوب بالا بوده ( تنگستن ) که ثابت می کند که پیوند بین اتم های فلز پیوند بسیار مستحکمی است . مدلی که برای ساختار پیوند های فلزی در نظر می گیرند بدین صورت است که اتم ها به طور منظم در مجموعه قرار می گیرند و تشکیل یک ساختار سه بعدی می دهند که در آن الکترون های والانس بین اتم ها در حال حرکت هستند ( مشابه با ابر الکترونی ) . یک کریستا ل اتمی از هسته های یون مثبت تشکیل شده و الکترون های منفی درون ساختار در حال حرکت هستند . بنابراین هیچ الکترونی به هیچ اتمی وابسته و مقید نیست . بارهای الکتریکی در طول ساختار کریستالی خنثی بوده و به دلیل وجود الکترون های منفی که مشابه با چسب بین هسته های مثبت عمل می کنند ، پیوند برقرار می شود . به این ترتیب ساختار الکترون آزاد در پیوند فلزی ایجاد می شود . استحکام پیوند با فشرده شدن بیشتر ابرالکترونی و هسته های یون ها افزایش می یابد تا اینکه مدار الکترونی اشباع می شود . پیوند های غیر موضعی ( Non Localized) در بلور های فلزی امکان تغییر شکل پلاستیک را در فلزات ایجاد می کنند و ابر الکترونی با عث ایجاد فعالیت شیمیایی و هدایت گرمایی و الکترونی بالا در آنها می گردد .

پیوند های ضعیف :
علاوه بر سه پیوند قوی ذکر شده چندین نوع پیوند ضعیف یا ثانویه نیز خواص مواد را تحت تأثیر خود قرار می دهند . مهم ترین آنها پیوندهای هیدروژنی و واندروالس بوده که تقریباً 3 تا 10 درصد استحکام پیوند کووالانسی C-C را دارا هستند . دلیل اصلی پیوستگی در یک ماده مهندسی یکی از پیوند های اولیه گفته شده است . انرژی پیوند های اولیه بین 200 تا 700KJ/mol است . در پیوند های واندروالس هیچ گونه انتقال یا اشتراک الکترونی وجود ندارد و انرژی پیوندی آنها نیز کمتر است . عامل اصلی این پیوند جذب بارهای مختلف می باشد . پیوند هیدورژنی مولکول های H2O را به هم نزدیک می کند . به دلیل جهت طبیعی اشتراک الکترون در باند های O-H ، اتم H مثبت و اتم O منفی می شود .