חומרים אטומריים

חומרים אטומריים

חומרים אטומריים

הגדרה

חומר אטומרי (סריג אטומרי) הוא חומר, הבנוי כרשת ענק של אטומים, הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים.

תכונות חומרים אטומריים

1. מוצקים בטמפ' החדר.

2. נק' היתוך ורתיחה גבוהות.

דוגמא לתהליך היתוך (של יהלום) : (C(s) ->C(l    

3. אינם מוליכים חשמל (מלבד גרפיט).

4. מסיסותם גרועה.

5. אינם פעילים כימית.

דוגמאות לחומרים אטומריים:

1.יהלום – מוצק אטומרי עשוי אטומי פחמן. כל אטום פחמן בסריג קשור ל- 4 אטומי פחמן נוספים בקשר קוולנטי. סביב כל פחמן נוצר מבנה מרחבי של טטראהדר. הקשרים הכימיים בין אטום זה לבין ארבעת שכניו שווים באורכם ובחוזקם והזווית בין הקשרים היא כ109° . מתקבל מבנה מרחבי תלת מימדי. היהלום הוא החומר הקשה ביותר בטבע, ובעל נק' ההתוך הגבוהה ביותר מכל היסודות (3550 מע"צ) . היהלום חומר אינרטי (אינו מגיב בתגובות כימיות), יציב מאוד ובעל מוליכות חום טובה. יהלום טהור הוא שקוף, יהלומים צבעוניים מכילים יסודות נוספים למשל יהלומים כחולים מכילים מעט בור (B).

2.גרפיט - מוצק אטומרי עשוי אטומי פחמן. כל אטום פחמן בסריג קשור ל- 3 אטומי פחמן נוספים בקשר קוולנטי. נוצרים משטחים של טבעות משושות של פחמנים, כשאטום פחמן נמצא בכל קודקוד של משושה. האלקטרון ה-4 של כל אטום אינו משתתף בקשר קוולנטי והוא חופשי בים האלקטרונים שבין המשטחים. מכאן נובעת הולכת החשמל של הגרפיט. בין השכבות קיימים כוחות ואנדר ואלס לכן הגרפיט רך ומתפורר.

חומרים נוספים: צורן (Si), סיליקון/צורן דו חמצני (SiO2), קרביד הצורן (SiC), בור (B). מבין הסריגים האטומריים רק הגרפיט מוליך חשמל (בהמשך יוסבר מדוע).

העמקה: מניין ההבדל במס' הקשרים שיוצר אטום הפחמן בגרפיט ויהלום?

אטום הפחמן הוא בעל הערכות אלקטרונית של

1s²2s²2p²

זאת אומרת, ברמת האלקטרונים הערכית שלו ישנם 4 אלקטרונים, הנמצאים באורביטלי p ו-s.

 

הערכות האלקטרונים באטום פחמן

במבנה סריג אטומרי של יהלום:

כאשר אורביטל s מתחבר ל3 אורביטלי p ויוצר מבנה של sp³, נוצר קשר קוולנטי, שבו האלקטרונים מפוזים באופן שווה באורביטל היברידי זה. המבנה המרחבי המתקבל הוא טטרהדר. מבנה הטטרהדר יוצר מצב של קשרים קוולנטיים אחידים, יציבים וחזקים, שאורך כל אחד מהם הוא 1.54A (אנגסטרם) וזווית קשר של 109.47 מעלות.

 

במבנה סריג אטומרי של גרפיט:

בגרפיט, אורביטל s מתחבר לשני אורביטלי p בלבד, ונוצר אורביטל היברידי של sp². כך נוצר מצב, שבו נקשרים שלשות של אטומי פחמן, בקישרי סיגמא.

מתקבל מבנה של משטחים, המיוצב ע"י קשרי ואן דר ואלס.

קישורים

http://phycomp.technion.ac.il/~david/thesis/node3.html#fig0