Կապերի առաջացման ընդհանուր սկզբունքները : Մետաղական կապ

Կապերի առաջացման ընդհանուր սկզբունքները

Թվարկենք այն սկզբունքները, որոնք մենք մտադիր ենք օգտագործել կապերի առաջացման օրինաչափությունները մեկնաբանելու համար:

 Կապեր կարող են գոյանալ այն դեպքում, երբ մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ կարողանում են միաժամանակ գտնվել երկու կամ ավելի միջուկների մոտակայքում:

 Կապերի մասնակցում են տարրերի վալենտային էլեկտրոնները` այն ամենից հեշտ հեռացվող էլեկտրոնները, որոնք տեղակայված են տարրերի արտաքին (վալենտային) օրբիտալներում:

 Կապին մասնակցող էլեկտրոնները տեղակայվում են, այսպես կոչված, մոլեկուլային օրբիտալներում` միաժամանակ երկու և ավելի թվով միջուկների մոտակայքում գտնվող օրբիտալներում, որոնք իրենց ծագումով պարտական են կապին մասնակցող ատոմներից յուրաքանչյուրի ատոմային օրբիտալներին:

 Պաուլիի սկզբունքը գործում է նաև մոլեկուլային օրբիտալների համար. դրանցից յուրաքանչյուրում կարող են գտնվել հակադիր սպիններով երկու էլեկտրոններ:

 Երկու ատոմների միջև կապի ամրությունը կախված է այն էլեկտրոնների թվից, որոնք գտնվում են այդ երկուսի համատեղ տիրապետության տակ: 1915 թ. գերմանացի ֆիզիկոս Կոսսելը առաջարկեց քիմիական ռեակցիոնունակության ֆիզիկական բացատրությունը: Նրա մեկնաբանությունների հիմքում ընկած է ատոմի լրացված արտաքին էլեկտրոնային թաղանթի կայունության մասին վարկածը: Ընդ որում՝ Կոսսելը հիմնվում էր Բորի տեսության և Մենդելեևի պարբե- - 71 - րական օրենքի վրա, ըստ որոնց՝ իներտ գազերի ատոմների 8 էլեկտրոն պարունակող արտաքին թաղանթը քիմիապես հագեցված է՝ կայուն է: Առաջարկվեց վարկած, որ փոխազդեցության հետևանքով ատոմները ձգտում են ձեռք բերելու 8-րդ խմբի տարրերին բնորոշ էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա (օկտետի կանոն): 2.5.1. Մետաղական կապ

Քննարկենք մետաղական կապի առաջացման օրինաչափությունները ամենից բնորոշ մետաղներից մեկի` նատրիումի օրինակով: Նրա բյուրեղում նատրիումի յուրաքանչյուր ատոմ շրջապատված է 8 համանման ատոմներով: Նատրիումի յուրաքանչյուր ատոմ միջատոմային տարածք է տալիս մեկ վալենտային էլեկտրոն՝ փոխարկվելով  Na իոնի: Բյուրեղացանցի հանգույցներում տեղակայվում են այդ իոնները, իսկ միջիոնական տարածքում գոյանում է էլեկտրոնային գազ, որը խոչընդոտում է բյուրեղի քայքայումը: Նման համակարգի առաջացումը պայմանավորված է այն հանգամանքով, որ նատրիումի, ինչպես նաև մետաղներից շատերի ատոմներում կա վալենտային էլեկտրոնների պակասորդ, այն դեպքում, երբ առկա են բավականին շատ ազատ վալենտային օրբիտալներ: Կլանելով չնչին էներգիա՝ նատրիումի միակ վալենտային էլեկտրոնը կարող է զբաղեցնել ցանկացած ազատ, էներգետիկորեն բավականին մոտ 3s կամ 3 p օրբիտալներ: Ատոմում հարակից բյուրե2.4. Մետաղական նատրիումի բյուրեղի կառուցվածքը - 72 - ղահանգույցներում տեղակայված ատոմների վալենտային օրբիտալների փոխադարձ ծածկում է իրականանում, ուստի էլեկտրոնները ազատորեն տեղաշարժվում են մի ատոմից դեպի մյուսը՝ դրանով իսկ կապ ապահովելով մետաղական բյուրեղի ատոմների միջև: Նատրիումի ատոմներին էներգետիկորեն ձեռնտու է կորցնել իրենց միակ վալենտային էլեկտրոնը, քանի որ դրա հետևանքով նրա էլեկտրոնային թաղանթը վերածվում է ազնիվ գազի էլեկտրոնային թաղանթի: Մետաղային տարրերի ատոմներն արտաքին էներգիական մակարդակում ունեն քիչ թվով էլեկտրոններ, հիմնականում՝ 1 կամ 2, ավելի հազվադեպ՝ 3 կամ 4 էլեկտրոններ։ Ոչ մետաղների համեմատ՝ մետաղներն ունեն մեծ ատոմային շառավիղ, որի պատճառով վալենտային էլեկտրոնները թույլ են ձգվում միջուկների կողմից։ Բյուրեղային վիճակում մետաղների ատոմները գոյացնում են բյուրեղային ցանց, իսկ նրանց վալենտային էլեկտրոնները ընդհանրացվում են, ինչպես կովալենտային կապի ժամանակ։ Սակայն, ի տարբերություն կովալենտ կապի, այդ ընդհանրացումը կատարվում է ոչ թե երկու ատոմների, այլ մետաղի բյուրեղում եղած բոլոր ատոմների միջև։ Oրբիտալներն ընդհանրացվելով առաջացնում են բացասական լիցքավորված, այսպես կոչված, էլեկտրոնային գազ, որով կայունացվում է մետաղի դրական իոնների գոյացրած բյուրեղային ցանցը։ Մետաղային կապը ապատեղայնացված կապ է, գործում է ոչ թե երկու կամ տվյալ ատոմի շուրջը գտնվող մի քանի ատոմների, այլ մետաղի բոլոր ատոմների միջև։ Մետաղային կապին բնորոշ է մետաղական բյուրեղացանցը, որի հանգույցներում մետաղի դրական իոններն են՝ շրջապատված ազատորեն տեղաշարժվող վալենտային էլեկտրոններով։ Նման կառուցվածքի շնորհիվ մետաղին բնորոշ է գերազանց էլեկտրա– և ջերմահաղորդականությունը։ Այսպիսով` մետաղական կապ գոյացնելու հակված են այն տարրերը, որոնց ատոմները վալենտային օրբիտալներում ունեն սակավաթիվ էլեկտրոններ: Մետաղական կապ ապահովող այդ էլեկտրոններն ընդհարացված են այնքան, որ կարողանում են տեղաշարժվել - 73 - ողջ մետաղական բյուրեղով: Գոյանում է քաոսայնորեն շարժվող էլեկտրոնային գազ, որի առկայությունը ապահովում է մետաղի մեծ էլեկտրահաղորդականությունը: Իրոք, մետաղի հակադիր կողմերում պոտենցիալների տարբերություն գոյացնելու դեպքում էլեկտրոնային գազի մասնիկները ուղղորդված շարժում են կատարում դաշտին հակադիր ուղղությամբ: Ունենում ենք լիցքավորված մասնիկների ուղղորդված շարժում, այսինքն՝ էլեկտրական հոսանք: Նման դատողություններով կարող ենք մեկնաբանել նաև մետաղների մեծ ջերմահաղորդականությունը՝ քննարկելով էլեկտրոնային գազի մասնիկների կինետիկ էներգիայի վարքը: