Ионная связь
- Причина: сильное электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами, обычно не направленное.
- Плавление/точка плавления: как правило высокие (пример: NaCl, $T_m\approx 801^{\circ }\mathrm{C}$).
- Прочность/механика: жесткие и хрупкие — при сдвиге слоев на место могут совпасть одноимённые заряды, что вызывает раскол.
- Электропроводность: не проводят в твёрдом состоянии (ионы фиксированы), проводят в расплаве или в растворе (подвижные ионы).
- Пример: NaCl — высокое $T_m$, хрупкость, электролитическая проводимость в расплаве/водном растворе.
Ковалентная связь
- Причина: совместное использование электронных пар; может быть локальной (молекулярные вещества) или сетевой (карбид, алмаз).
- Плавление/точка плавления: молекулярные ковалентные вещества — низкие $T_m$ (слабые межмолекулярные силы); ковалентные сетки — очень высокие $T_m$ (алмаз, кварц).
- Прочность/механика: ковалентная сеть — высокая твёрдость и прочность (алмаз), но часто хрупкие; молекулярные — мягкие.
- Электропроводность: большинство ковалентных сетей — изоляторы (алмаз), исключения — полупроводники/дельта‑системы и графит (плоскости графита проводят за счёт делокализованных π‑электронов).
- Примеры: алмаз — очень твёрдый, очень высокий $T_m$; графит — хорошая проводимость в плоскости, лёгкое расслоение.
Металлическая связь
- Причина: делокализованные «электронные моря» обеспечивают ненаправленное связывание положительных ионных решёток.
- Плавление/точка плавления: варьируется (пример: Cu, $T_m\approx 1085^{\circ }\mathrm{C}$), обычно средние и высокие значения.
- Прочность/механика: пластичность и ковкость — слои атомов могут сдвигаться без разрушения связи (плазмоделокализованные электроны компенсируют).
- Электропроводность: высокая электронная проводимость и теплопроводность (часто порядка $\sim 10^{7}S/m$).
- Пример: медь — высокая электропроводность, пластичность; железо/сталь — высокая прочность с пластичностью при деформации.
Водородная связь
- Причина: сильное направление взаимодействия между H, связанным с электроотрицательным атомом (O, N, F), и свободной парой электрона другого атома.
- Плавление/точка плавления: повышает $T_m$ и $T_b$ по сравнению с аналогами без H‑связей (вода: $T_b=100^{\circ }\mathrm{C}$).
- Прочность/механика: усиливает межмолекулярную кооперацию — повышает вязкость, поверхностное натяжение, делает структуры (например, лёд) жёстче, но не придаёт высокой механической твёрдости, как ковалентная сеть.
- Электропроводность: сама по себе не даёт свободных носителей заряда — вещества с H‑связью обычно плохие проводники; химически способствует протонной проводимости в специализированных средах.
- Пример: вода — аномально высокий $T_b$/поверхностное натяжение; ДНК — стабильность двойной спирали за счёт H‑связей.
Ван‑дер‑ваальсовы (дисперсионные) силы
- Причина: флуктуационные и индуцированные диполи; слабы и недолговечны, ненаправленные.
- Плавление/точка плавления: очень низкие $T_m$ и $T_b$ (нобельные газы, лёгкие органические молекулы).
- Прочность/механика: мягкие, легко деформируются; в случае слоистых структур (графит) vdW‑связи между слоями дают лёгкое расслоение и смазывающие свойства.
- Электропроводность: как правило изоляторы (молекулярные кристаллы), но слоистые материалы могут иметь электронные свойства внутри слоёв.
- Примеры: аргон — кипит при примерно $-186^{\circ }\mathrm{C}$; межслоевые связи графита — vdW, дающие лёгкое отслоение графеновых слоёв.
Краткое резюме (связь → свойства)
- Сильнее и более ненаправленное притяжение (металлическое, ионное) → обычно высокая $T_m$, хорошая пластичность у металлов, ионные кристаллы — хрупкие; электропроводность: металлы — высокая, ионные — при расплавлении/в растворе.
- Направленная сильная связь (ковалентная сеть) → очень высокая твёрдость и $T_m$, но хрупкость, обычно низкая электронная проводимость (исключения — делокализованные π‑системы).
- Слабые межмолекулярные взаимодействия (водородные, vdW) → низкие $T_m$, мягкие/пористые материалы; H‑связи повышают $T_m$ относительно vdW и дают специфические физико‑химические эффекты (вязкость, поверхностное натяжение).