Kết hợp nguyên tử
Bất cứ thứ gì có trọng lượng đều là vấn đề. Theo lý thuyết về nguyên tử, tất cả vật chất, dù là rắn, lỏng hay khí đều được cấu tạo bởi các nguyên tử. Một nguyên tử chứa một phần trung tâm gọi là hạt nhân, chứa các nơtron và proton. Thông thường, proton là các hạt mang điện dương và neutron là các hạt mang điện trung hòa. Các electron là các hạt mang điện tích âm được sắp xếp theo quỹ đạo xung quanh hạt nhân theo cách tương tự như dãy hành tinh xung quanh Mặt trời. Hình dưới đây cho thấy thành phần của một nguyên tử.
Nguyên tử của các nguyên tố khác nhau được cho là có số proton, neutron và electron khác nhau. Để phân biệt nguyên tử này với nguyên tử khác hoặc để phân loại các nguyên tử khác nhau, một số chỉ số proton trong hạt nhân của một nguyên tử nhất định, được gán cho các nguyên tử của mỗi nguyên tố đã xác định. Con số này được gọi làatomic numbercủa phần tử. Số hiệu nguyên tử của một số nguyên tố có liên quan đến việc nghiên cứu chất bán dẫn được cho trong bảng sau.
| Thành phần | Biểu tượng | Số nguyên tử |
|---|---|---|
| Silicon | Si | 14 |
| Gecmani | Ge | 32 |
| Thạch tín | Như | 33 |
| Antimon | Sb | 51 |
| Indium | Trong | 49 |
| Gali | Ga | 31 |
| Boron | B | 5 |
Thông thường, một nguyên tử có số proton và electron hành tinh bằng nhau để duy trì điện tích thuần của nó ở mức không. Các nguyên tử thường kết hợp để tạo thành các phân tử hoặc hợp chất ổn định thông qua các điện tử hóa trị có sẵn của chúng.
Quá trình kết hợp của các electron hóa trị tự do thường được gọi là bonding. Sau đây là các loại liên kết khác nhau diễn ra trong các tổ hợp nguyên tử.
- Liên kết ion
- Liên kết cộng hóa trị
- Liên kết kim loại
Bây giờ chúng ta hãy thảo luận chi tiết về các liên kết nguyên tử này.
Liên kết ion
Mỗi nguyên tử đang tìm kiếm sự ổn định khi các nguyên tử liên kết với nhau để tạo thành phân tử. Khi vùng hóa trị chứa 8 electron, nó được cho làstabilized condition. Khi các điện tử hóa trị của một nguyên tử kết hợp với các điện tử của một nguyên tử khác để trở nên bền vững, nó được gọi làionic bonding.
Nếu một nguyên tử có nhiều hơn 4 electron hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng thì nó đang tìm kiếm thêm electron. Nguyên tử như vậy thường được gọi làacceptor.
Nếu bất kỳ nguyên tử nào giữ ít hơn 4 điện tử hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng, chúng sẽ cố gắng di chuyển ra khỏi các điện tử này. Những nguyên tử này được gọi làdonors.
Trong liên kết ion, các nguyên tử cho và nhận thường kết hợp với nhau và sự kết hợp trở nên ổn định. Muối thông thường là một ví dụ phổ biến của liên kết ion.
Các hình sau đây minh họa một ví dụ về các nguyên tử độc lập và liên kết ion.
Có thể thấy trong hình trên rằng nguyên tử natri (Na) nhường 1 điện tử hóa trị của nó cho nguyên tử clorua (Cl) có 7 điện tử hóa trị. Nguyên tử clorua ngay lập tức trở nên cân bằng âm quá mức khi nó nhận thêm điện tử và điều này khiến nguyên tử trở thành ion âm. Mặt khác, nguyên tử natri mất điện tử hóa trị và nguyên tử natri sau đó trở thành ion dương. Như chúng ta đã biết không giống như các điện tích hút, các nguyên tử natri và clorua liên kết với nhau bằng một lực tĩnh điện.
Liên kết cộng hóa trị
Khi các điện tử hóa trị của các nguyên tử lân cận được chia sẻ với các nguyên tử khác, liên kết cộng hóa trị diễn ra. Trong liên kết cộng hóa trị, các ion không được tạo thành. Đây là sự khác biệt duy nhất trong liên kết cộng hóa trị và liên kết ion.
Khi một nguyên tử chứa bốn điện tử hóa trị ở lớp vỏ ngoài cùng, nó có thể chia sẻ một điện tử với bốn nguyên tử lân cận. Lực cộng hóa trị được thiết lập giữa hai điện tử liên kết. Các electron này luân phiên chuyển dịch quỹ đạo giữa các nguyên tử. Lực cộng hóa trị này liên kết các nguyên tử riêng lẻ với nhau. Hình minh họa về liên kết cộng hóa trị được thể hiện trong các hình sau.
Trong cách sắp xếp này, chỉ hạt nhân và các electron hóa trị của mỗi nguyên tử được hiển thị. Cặp electron được tạo ra do các nguyên tử riêng lẻ liên kết với nhau. Trong trường hợp này, cần năm nguyên tử để hoàn thành hành động liên kết. Quá trình liên kết mở rộng theo mọi hướng. Mỗi nguyên tử bây giờ được liên kết với nhau trong một mạng tinh thể và một cấu trúc tinh thể được hình thành bởi mạng tinh thể này.
Liên kết kim loại
Loại liên kết thứ ba thường xảy ra trong các chất dẫn điện tốt và nó được gọi là liên kết kim loại. Trong liên kết kim loại, lực tĩnh điện tồn tại giữa các ion dương và electron. Ví dụ, vùng hóa trị của đồng có một điện tử ở lớp vỏ ngoài cùng của nó. Electron này có xu hướng di chuyển xung quanh vật liệu giữa các nguyên tử khác nhau.
Khi electron này rời khỏi một nguyên tử, nó ngay lập tức đi vào quỹ đạo của nguyên tử khác. Quá trình này được lặp đi lặp lại trên cơ sở không ngừng nghỉ. Một nguyên tử trở thành một ion dương khi một electron rời khỏi nó. Đây là mộtrandom process. Có nghĩa là một electron luôn liên kết với một nguyên tử. Nó không có nghĩa là electron được liên kết với một quỹ đạo cụ thể. Nó luôn chuyển vùng theo các quỹ đạo khác nhau. Kết quả là, tất cả các nguyên tử có khả năng chia sẻ tất cả các electron hóa trị.
Các điện tử lơ lửng trong một đám mây bao phủ các ion dương. Đám mây lơ lửng này liên kết các electron một cách ngẫu nhiên với các ion. Hình sau đây cho thấy một ví dụ về liên kết kim loại của đồng.