Энергия и характер связей в твердых компонентах грунтов

Связи между атомами в кристаллической решетке минералов могут быть ИОННЫМИ (полярными) – в случае, если атомы в минерале обладают различной электроотрицательностью (способностью захватывать электроны) – валентные электроны от атомов с меньшей электроотрицательностью переходят к атомам с большей электроотрицательностью. Возникают противоположно заряженные ионы, между которыми появляется под влиянием сил Кулоновского притяжения связь – ионная или полярная. Связь тем прочней, чем больше разность в электроотрицательности ионов. Однако часто насыщения ионами не происходит после присоединения электронов от одного иона. Тогда «сильный» ион связывается с большим числом ионов противоположного знака, которое определяется размерами и структурой ионного кристалла.

КОВАЛЕНТНЫМИ (гемополярными) – в случае, если оба атома обладают близкими значениями электроотрицательности связь осуществляется за счет совместного «пользования» парой электронов (по 1-му от каждого атома, или 2 от одного). Это достигается путем перехода отдельных электронов с орбиты одного атома на совместную орбиту. Число электронов для образования ковалентной связи у атомов ограничено, поэтому эта связь получается насыщенной.

ВОДОРОДНЫМИ – образуются в водородосодержащих соединениях (вода, лед, кристаллогидраты), где водород, находящийся между двумя атомами и, ковалентно соединенный с одним из них, может вследствие своего небольшого атомного радиуса и отсутствия внутренних слоев электронов, близко подходить к соседнему атому (не связанному с ним ковалентно) и, не испытывая отталкивания, образовывать с ним довольно сильную связь вследствие электростатического притяжения. Такую связь с водородом могут образовывать лишь наибольшие электроотрицательные элементы: фтор, азот, реже хлор.

ОСТАТОЧНЫМИ (молекулярными) - Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс доказал наличие молекулярного взаимодействия (1873г.) – в случае, если вещество состоит из нейтральных молекул (а не из атомов) – связь возникает вследствие поляризации взаимодействующих молекул и зависит от расстояния (r) между молекулами. Описывается потенциальной энергией взаимодействия U (r) (потенциалом молекулярного взаимодействия). Впервые молекулярные силы принял во внимание голландский физик Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс, предположивший, что сначала при малых r между молекулами имеют место силы отталкивания, а потом, при увеличении r – силы притяжения.

Энергия различных типов связи.

Как правило, в минералах мы имеем несколько типов связи.

Таким образом, физические и механические свойства минералов, а, следуя далее, часто и пород, ими образуемых, определяются: а) составом атомов; б) их взаимным расположением; в) типом связей.

Поэтому с инженерно-геологической точки зрения более целесообразно группировать твердый компонент по комплексу этих факторов, а не по одному. Таких групп можно выделить пять: