Йонната връзка е характеристика на съединения, в които един елемент е метал. а другият е в близост до последната група от периодичната таблица. например алкални халогениди (NaCl, KBr, LiF) йонна връзка представлява Кулон взаимодействието на противоположно заредени йони. Въпреки това, електростатични сили не са в състояние да поддържат системата в равновесие, така че йонната връзка никога не е "чист". При приближаване йони, които имат не-електростатични сили на отблъскване на природата. Това квантовата механични сили, дължащи се на принципа на Паули изключване. Според този основен принцип на квантовата механика, два електрона с еднакви завъртания (спин - вътрешен квантовата степен на свобода, със собствен момент на въртене на частицата) не може да бъде в едно и също квантово състояние, което е, на едно и също ниво на енергия. Следователно, електронен слой на атомите не могат да проникнат в един от друг, са отблъснати. В общия характер на енергия зависимостта на свързването на interatomic разстояния за йонен тип връзка е показано на фиг. 1. Такъв вид енергия означава, че при големи разстояния между атоми са сили на привличане, бавно тенденция към нула (Кулон привличане на противоположни йони) и достатъчно близо отблъскващи сили преобладава бързо тенденция към безкрайност (квантовата механични сили принцип Pauli дефинирани ). r0 определя позицията на стабилно равновесие е решетъчна константа.

Фиг. 1. свързващата енергия на йонно съединение. Vrez (R) - получената свързваща енергия V от - отблъскващ енергия, Vred - енергия привличане, r0 - равновесие interatomic разстояние, съответстващо на минималната свързваща енергия.

Дори в атоми и молекули, електрически диполен момент, което е равно на нула, ще има променливо диполен момент, свързан с моментната позиция на електрона в атома. Моментната електрическото поле, свързан с този момент ще предизвика диполен момент индуцира в съседните атоми. Като цяло, взаимодействието на диполен момент на източника на атом с индуциран дипол моменти на съседни атоми доведе до привличане между атоми, който е енергетично изгоден, тъй като енергията на системата намалява. Енергията на ван дер Ваалс взаимодействие намалява с разстоянието като 1 / R 6. диполен момент произтичащи произволно генерира електрическо поле. Това поле поляризира съседния атом, създавайки дипол (- диелектрик чувствителност). Енергията на взаимодействие на диполи е равен на потенциалната енергия на полето на дипол. По-строги квантово механично изчисление води до същите резултати. Количеството енергия, поради кристали с ван дер Ваалс взаимодействие с един или два порядъка по-малко от йона, следователно съответните съединения имат ниска точка на топене и кипене. Ван-дер Ваалс-връзка преобладава в благородните газове, кристализиране при температура от около 10-100 К, в молекулни кристали, които не са изградени от отделни атоми и молекули. Това са водород, в които молекулите са Н2 решетка. Фулерени - кристали, състоящи се от молекули, съдържащи шестдесет въглеродни атоми (C60), и други.

Един класически пример на ковалентна връзка - водород молекула Н2 (два електрона и две протони), главната роля, която играе образование сили обмен. Това квантовите механични сили на природата. Те възникват, тъй като една и съща Кулон взаимодействието между електроните и принципи Паули, като се вземат предвид съотношението на движението на електроните се дължи на наличието на завъртането. Шрьодингер уравнение за молекула водород има две решения: симетрични по отношение на пермутация електронни координати (заместващи места), съответстващи на състоянието на електрони с противоположни завъртания и antisymmetric когато завъртания са успоредни. Взаимодействие енергия, съответстваща на всеки от тези разтвори е показано на фиг. 2, както и. Стационарно състояние на молекулата се получава само за симетричен решение (за състоянието на връзката). Фиг. 2b показва разпределението на електронната плътност в молекулата на водород. Гъстотата на електрон в центъра на линията, свързваща двете ядра в случай на симетрични решения, най-високата, а в случай на antisymmetric изчезва. Symmetrical (свързващо вещество) състояние е енергетично по-благоприятно, тъй като електроните взаимодействат едновременно с двете ядра и по този начин намалява енергията на системата.

Фиг. 2 - свързваща молекула енергия водород в продължение на състояния с успоредни и антипаралелни завъртания; б - разпределението на електронната плътност в молекулата на водород в продължение на състояния с антипаралелни и паралелни завъртания.

За държава, в която завъртания са паралелни, взаимно анулиране на въртене външните електрони валентност. По този начин, по време на образуването на молекулата, електроните в външните обвивки на атоми са пренаредени така че валентността на атомите са наситени, като насищане на валенциите включва външен компенсация на валентността на електрони завъртания, така химически валентност да се определи броя на външните електрони обвивка с некомпенсирани завъртания. Поради тази причина, благородни газове не могат да образуват ковалентни кристали - обмен на електрони с други атоми не е налице, тъй като електронен слой изцяло запълнена. Един класически пример на ковалентни кристали са диамантени полупроводници, силиций, германий. В въглерод има два електрона в S-състояние, две в р-състояние. При приближаване на електронен слой на атомите се пренареждат така, че всички четири електрони са несвоен. разпределение електронна плътност е много неравномерно, насочено и има четиристенен симетрия, характерна за данни на кристалната структура. полупроводникови съединения на елементи от групи III и V и II и VI на Периодичната система като GaAs, ZnS В, interatomic връзка е вече смес ковалентна и йонни съставки.

В много свободни електрони метали. Електроните могат да се движат от един атом на друг. Комуникацията между атомите на кристала става колективизация. Следователно, в най-простия случай, метален връзка, може да се счита като ограничение или ковалентна връзка, или на границата на йон (например, натриев метал могат да бъдат представени като Na + +). С цялата изкуственост на този подход е, че има нещо полезно. Фиг. 3 показва разпределението на плътността електронен заряд в кристалите с различен тип връзка и прехода от ковалентна връзка с метал.

Фиг. 3. Схема на двуизмерен електронно изображение на разпределение на заряда в твърди вещества: и - йонна кристал, - ковалентна кристал - метал.

От началото на своето развитие въз основа на теорията на метали простите модел, в който проводни електрони се разглежда като свободни частици идеален газ. Първата работа, че електронният газ в метална е описана с помощта на класическите статистически данни, не са били в състояние да обясни на всички свойства на металите. Въпреки това, ситуацията в основата си модел е толкова успешна, че неговото добавяне на принципа на Паули доведе до изненадващо добро обяснение на експериментално наблюдавани свойства като електрическа проводимост. топлопроводността на метали и други. свободен електрон модел успех е парадоксално, тъй като електроните се движат в метална кутия на силен йонен кристал (периодично) потенциал. Счетоводен периодичност, действащи на електроните в йон кристал капацитет се оставя да се покаже, че енергията си спектър има структура лента. и енергията на електрони е функция на пулса на (по-точно, кристално инерция - се подчертава, че електронът се движи в кристала). Нека разгледаме тези идеи.