Типы связей атомов в стёклах

Химическая связь возникает как результат взаимодействия электронов и ядер атомов, участвующих в образовании соединений. Химическая связь бывает двух видов: валентная и невалентная.

Валентная связь возникает вследствие перераспределения электронной плотности в системе атомов. Валентную связь делят на ионную, ковалентную, донорно-акцепторную и металлическую.

Ионная или гетерополярная связь – электроны от одного атома полностью переходят к другому и образуют два полюса, два иона.

Ковалентная или гетерополярная связь – нет преимущественного перехода электронов от одного атома к другому, электроны полностью коллективизируются, образуется жёсткая направленная связь.

Донорно-акцепторная связь (координационная связь) возникает между атомами, молекулами, радикалами, обычно не имеющих неспаренных электронов. Одна из частиц при образовании такой связи является донором пары электронов, другая – акцептором. Акцептор способен принимать электроны, к ним чаще всего относятся положительно заряженные атомные системы. Донор имеет свободную неподелённую пару электронов, которая при образовании донорно-акцепторной связи становится общей. Когда донорно-акцепторная связь уже образована, она практически не отличается от ковалентной связи. Донорами являются молекулярные системы, содержащие атомы азота, кислорода, фтора, хлора, атомы переходных металлов. Донорно-акцепторные связи в стёклах возможны в группировках атомов [(AlO₄)Na] и [(BO₄)Na].

Металлическая связь – валентные электроны всех атомов создают зону проводимости. Они являются общими и относительно свободными, что обусловливает высокую электропрводность и теплопроводность металлов.

Для стёкол особое значение имеют два вида связи: ионная и ковалентная. Обычно ковалентное взаимодействие более короткодействующее, чем ионная связь (рис. 2.17).

1 – ковалентная связь, 2 – ионная связь

Рис. 2.17. Изменение энергии взаимодействия частиц

с расстоянием между ними

Образование невалентных связей не сопровождается передачей электронов, а обусловлена индукционным, дисперсионным и ориентационным взаимодействием молекул или молекулярных образований.

В стёклах невозможно выделить участки структуры, которые можно было считать отдельными молекулами. Один из немногих возможных примеров молекулярного взаимодействия в стёклах – это притяжение бороксольных колец в стеклообразном оксиде бора.

В силикатных стёклах, как в твердом, так и в расплавленном состояниях преимущественно проявляются прочные ионные и ковалентные связи между атомами. В оксидных стёклах, окрашенных коллоидными частицами, в силикатной фазе преобладают ионно-ковалентные связи, а в кристаллические частицы коллоидных размеров атомы металлов объединяются за счёт металлической связи.