Обычно различают четыре типа связей! в зависимости от их природы: 1) ионные; 2) ковалентные; 3) металлические; 4) мо­лекулярные. Все они имеют электрическую природу —^ создаются действием электрических зарядов частиц, составляющих атомы. Если соединяемые частицы имеют разноименные электрические заря­ды, то связи называются гетерополярними. К ним можно отнести ионные и молекулярные связи. Если же заряды одноименные, то связи будут гомеополярними. К ним относят связи ковалентные и металлические.

Наиболее наглядна и доступна пониманию ионная связь. Здесь соединяемые вещества представляют собой электрически заряжен­ные частицы — ионы, образуемые из атомов отщеплением электро­нов (положительные ионы), например Na+, Са++, или присоедине­нием лишних (отрицательные ионы), например С1~, О--. Разно­именные ионы притягиваются электрическими кулоновскими силами, меняющимися обратно пропорционально квадрату расстоя­ния между зарядами. Такое изменение сил с расстоянием сравни­тельно медленное и поэтому эти силы относят к дальнодействующим.

Ионная связь возникает лишь между разноименными ионами, т. е. между электроположительными и электроотрицательными атомами. Ионная связь в одноатомных телах, т. е. состоящих из одинаковых атомов, невозможна. Особенно хорошо соединяются наиболее разнородные атомы, например элементы 1 й и 2-й групп периодической системы с элементами 6-й и 7-й групп. Такие соеди­нения хорошо известны. Это NaCI, KCI, KBr, NaF, CaF2, MgCl2, Na2S04, Ca (NOs)2 и т. д. Такие связи образуют отдельные моле­кулы химических соединений твердых и жидких тел любых раз­меров. Тела же могут рассматриваться как гигацтские молекулы, построенные бесконечным повторением одинаковых соединений. Прочность ионных соединений может быть высокой, но пластич­ность их мала, они хрупки. Полученные соединения, как правило, не проводят электрического тока. При сближении ионов под дейст­вием сил притяжения возникают силы отталкивания, быстро возра­стающие с уменьшением расстояния между ионами. В конечном счете устанавливается устойчивое расстояние между нонами, отве­чающее равновесию сил притяжения и отталкивания. Ионные сое­динения могут существовать в твердых телах, жидкостях и газах, если они не диссоциируют при плавлении и испарении.

Труднее для понимания ковалентная (валентная) связь, часто встречающаяся в различных веществах. Широко известными при­мерами ковалентных соединений могут служить, например, двух­атомные молекулы Fi2, N2,02, С12. Эти молекулы отличаются боль­шой прочностью, не уступая химическим соединениям разнород­ных атомов. Диссоциируют они при очень высоких температурах. Здесь образование соединений уже нельзя объяснить действием электростатических сил между разноименными зарядами. Соеди-

пяющиеся атокы тождественны и их нельзя превратить в разнопо­лярные ионы. Ковалентная связь гомеополярна. Здесь выступают особые обменное силы, имеющие в конечном счете электрическую природу, но обличающиеся особыми свойствами.

Сущность ковалентной связи состоит в том, что сближающиеся атомы заставляют спаренные электроны двигаться между атомными ядрами nd общей орбите, что дает значительный выигрыш в энер­гии. Ввиду неразличимости электронов, они периодически обмени­ваются местами на орбите, создавая значительные обменные силы, сближающие атомы. Чрезмерному сближению препятствуют силы отталкивания, быстро возрастающие с уменьшением расстояния между атомами. Полученные соединения часто отличаются высо­кой прочностью, которую можно определить по энергии диссоциа­ции соединения. Примерами ковалентных соединений могут слу­жить алмаз, кремний, серое, олово ипр. Соединения хрупки и не способны к пластической деформации, они диэлектрики или полу­проводники.

Обменные силы обратно пропорциональны 7-й степени расстоя­ния между атомами, поэтому они близкодействующие. В отличие от кулоновских сил, они не действуют на частицы газа, не прояв­ляются между предметами макромира. Для использования обмен­ных сил нужно сблизить атомы на очень малые расстояния, проще говоря, привести их в соприкосновение. Обменные силы играют важную роль в образовании атомных ядер, где они удерживают протоны, отталкивающиеся друг от друга с огромной силой.

Перейдем к самым важным для нас — металлическим связям, действующим преимущественно в металлах. Эти связи представ­ляют собой дальнейшее развитие ковалентных связей. Здесь все «свободные» электроны связываются в общих орбитах, пересекаю­щих весь объем металла, а все положительные ионы срастаются в неподвижную кристаллическую решетку металла. Огромные по­ложительные заряды ионов решетки экранируются облаком элект­ронов, образующих электронный газ, заполняющий весь объем ме­талла. Расчеты показывают, что медь, например, содержит 8,4 х X 1028 м~3 электронов.

Металлическая связь существует лишь в конденсированной фазе — твердом или жидком металле, газообразные пары металла уже не имеют металлических свойств. Весьма высокая концентра­ция электронов в металлах создает их высокую электропроводность, прочие связи, кроме металлической, создают изоляторы или полу­проводники. Многочисленность разнонаправленных связей у каж­дого атома позволяет перемещать атомы без разрушения металла и создает высокую пластичность, позволяющую подвергать металлы большим пластическим деформациям без разрушения их (ковка, прокатка, протяжка и пр.).

В заключение упомянем о молекулярных связях, создаваемых силами Ван-дер-Ваальса. Все частицы — атомы, ионы и молекулы — испытывают слабое взаимное притяжение под действием этих сил.

В большинстве кристаллов молекулярные связи| сравнительно с другими типами связей очень слабы. Эти связи важны в твердом состоянии инертных газов при очень низких температурах, имеют значение в анизотропных кристаллах, например селена, в различ­ных органических соединениях. Источником сил в этом случае слу­жит корреляция движения электронов в соседних атомам.

Как видим, формы межатомных связей достаточно разнообразны, причем различные формы могут наблюдаться не только в разных телах, но и в разных зонах одного тела. Возможно, например, обра­зование слоев или цепочек атомов, связанных ковалентными свя­зями, и соединение слоев или цепочек молекулярными связями, при­чем прочность тех и других связей может быть весьма различной. Поэтому иное твердое тело легко разделить на пластинки, во­локна и т, ц.