BÀI GIẢNG: KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ CAO ÁP CẤU TẠO VẬT CHẤT

Do vậy có thể coi việc sử dụng rộng rãi các vật liệu cách điện khác nhau có nguồn gốc tự nhiên hoặc thực vật hoặc từ các mỏ là khởi đầu của thời kỳ thứ ba chính Với các thực nghiệm đầ

Vật liệu Kỹ thuật điện & cao áp

Mở đầu

1.1 Lịch sử phát triển của khoa học vật liệu

•Khoảng 35 nghìn năm tr ớc đây, loài ng ời thông minh (Homo Sapien) đã xuất hiện trên trái đất

•30 nghìn năm sau đó, tức là vào khoảng 3000 năm tr ớc công lịch, loài ng ời

đã phát minh ra chữ viết và số học

•mãi 2500 năm sau đó tức là vào khoảng 450 năm tr ớc công nguyên, mới xuất hiện một lý thuyết đầu tiên về khoa học vật liệu của Empédocle : đó là

thuyết kim, mộc, thuỷ, thổ, hoả)

•Sau đó ít lâu (khoảng năm 420 tr ớc Công nguyên), Leucippe và sau đó là

 Tất cả mọi vật chất đều cấu tạo từ những hạt vô cùng nhỏ bé không thấy đ ợc gọi là những nguyên tử

Thuyết của Democrite có thể tổng kết trong 3 giả thuyết sau :

 Sự khác biệt mà chúng ta quan sát thấy giữa các vật chất khác nhau đ ợc giải thích bởi hình dạng, trật tự và vị trí của các nguyên tử

• Các khái niệm về khối l ợng nguyên tử, hoá trị đều xuất hiện trong thế kỷ XIX

 Tất cả mọi nguyên tử đều cấu tạo từ một chất

• Nh ng phải mãi đến những thế kỷ XVIII, đặc biệt là sang thế kỷ XIX, các thực nghiệm hoá học mới cho thấy tính chất đầy đủ của nguyên tử

1.2 Vật liệu kỹ thuật điện và vị trí của môn học

Có thể phân lịch sử phát triển của vật liệu cách điện thành ba thời kỳ :

thời kỳ đầu bắt đầu với việc phát hiện các tính chất của hổ phách và kéo dài

đến cuối thế kỷ XVI

Một số vật liệu cách điện đã đ ợc các nhà thực nghiệm của thế kỷ XVIII tìm ra

Thời kỳ này chỉ mối quan tâm của các triết gia và những nhà lịch sử

Cả thời trung cổ và thời phục h ng không có thêm một đóng góp nào bổ xung vào t duy của thời cổ đại

Do vậy có thể coi việc sử dụng rộng rãi các vật liệu cách điện khác nhau có nguồn gốc tự nhiên hoặc thực vật hoặc từ các mỏ là khởi đầu của thời kỳ thứ ba

chính

Với các thực nghiệm đầu tiên trong lĩnh vực điện báo và chiếu sáng, vấn đề lựa chọn và chế tạo các vật liệu dẫn điện, vật liệu cách điện mới có yêu cầu cao hơn

đã đ ợc đặt ra một cách khoa học đối với công nghiệp

Các sản phẩm của công nghiệp hoá dầu chủ yếu là ethylen, propylen và butadien

Đến tận Chiến tranh thế giới lần thứ nhất, các vật liệu cách điện do công nghiệp sản xuất chủ yếu vẫn từ những sản phẩm tự nhiên, có nguồn gốc từ dầu hoặc vật liệu thực vật hoặc từ các khoáng sản nh bông, sợi coton, lanh, dầu gai, cao su, gôm lắc, mica, amiante

Một số vật liệu tổng hợp đã xuất hiện nh  :

Hoá học về than đá và dầu khí phát triển, sản xuất công nghiệp các vật liệu tổng hợp phát triển mạnh :

polyethylen áp suất cao (1938), nhựa epoxxy (1939)

xenluloit (Hyatt, 1870), bakelit (Baekland, 1907)

Ngày nay, các vật liệu cách điện nh polyethylen, nhựa epoxy, polyeste đã thay thế dần các vật liệu cách điện tự nhiên, lấn át, và thậm chí nhiều vật liệu cách

điện tự nhiên kể cả về mặt kỹ thuật và cả về mặt kinh tế

1.2.2 Vật liệu cách điện của thế kỷ XVII và XVII

Lập một danh sách các vật chất khác nhau có tính chất t ơng tự nh hổ phách trong đó phải kể đến thuỷ, tinh, l u huỳnh, cao su, sáp ong, gom

lắc (cánh kiến)

Năm 1729, S Gray đã định nghĩa và phân loại các vật liệu cách điện và dẫn

điện

W Gilbert lần đầu tiên phân biệt chúng

C F de Cisternay du fay là ng ời hệ thống hoá các quan sát của Gray

J Th Désaguliers mới là tác giả của các thuật ngữ "isolator" (cách ly) conductor (vật dẫn)

Các hiện t ợng điện và từ th ờng hay bi nhầm lẫn

"Kể từ khi con ng ời tìm ra khả năng nhiễm điện của các vật bằng cọ sát, thì cũng là lúc ng ời ta phải nghĩ đến việc bảo tồn nó Ph ơng thức này đ

ợc gọi là cách điện, có nghĩa là có thể bố trí xắp đặt các vật nhiễm

điện này sao cho điện năng mà chúng ta tạo ra không chuyền xuống

đất, sao cho chúng ta có thể giữ nó nh một nguồn chung của năng l ợng

điện".

đ a ra một số chỉ số của vật liệu cách điện : " ( ) mỗi khi chúng ta muốn truyền tải điện năng đến một vật có khả năng tiếp nhận nó bằng con đ ờng truyền thông, nhất thiết phải treo nó trên những dây lụa tơ tằm hoặc đặt nó trên mẩu thuỷ tinh, cao su, sáp ong hoặc nhựa dính, nói chung là trên các vật có khả năng nhiễm điện tích".

Sigaud de la Fond (1777) đã tổng hợp các kết quả nghiên cứu của ba nhà vật lý trên đây

Thuỷ tinh hoặc pha lê đã trở thành vật liệu đ ợc dùng rộng rãi nhất thời

đó để cách ly các vật dẫn trong các máy điện

áp dụng một ph ơng thức tiếp cận hiện đại, Nottnet chỉ ra rằng thành phần cao các chất alcalin trong thuỷ tinh làm tăng tính hấp thụ độ ẩm bề mặt và do vậy làm giảm l ợng điện năng sản sinh

Năm 1705 : F Hauskbee sử dụng một quả cầu bằng thuỷ tinh để chế tạo cái máy

điện đầu tiên

thuỷ tinh d ới dạng quả cầu, hình ống và sau đó là dạng đĩa là vật liệu tốt nhất để sinh ra điện tích bằng ma sát

Những nhà thực nghiệm của thế kỷ XVIII đã chỉ ra rằng các tính năng của các máy điện phụ thuộc vào bản chất của các vật liệu sử dụng cũng nh sụ thực thi kỹ càng về cách điện

Năm 1775, J C Wilcke thiết lập đ ợc một bảng phân loại các vật liệu cách điện theo quan điểm về tính chất điện ma sát

các loại vật liệu cách điện đ ợc biết đến của những thế kỷ XVII và XVIII nh là l u huỳnh, sáp ong, gôm lắc, lụa, nhựa dính đ ợc sử dụng cho tận đến đầu thế kỷ XX;

riêng về thuỷ tinh, nó vẫn là loại vật liệu đ ợc sử dụng trong kỹ thuật điện và

điện tử cho đến tận ngày nay

Chúng đ ợc sử dụng để dẫn điện (vật liệu dẫn điên), để cách ly những bộ phận có

điện thế khác nhau (vật liệu cách điện) hoặc để khép kín mạch từ (vật liệu từ),

làm nên cấu trúc cơ bản cuả tất cả các thiết bị điện

1.2.3 Vai trò của vật liệu điện trong kỹ thuật điện

Các vật liệu điện có thể phân thành

vật liệu dẫn điện (chủ yếu là các kim loại có điện dẫn cao, kể cả vật liệu siêu dẫn),

các vật liệu cách điệnvật liệu từ

vật liệu bán dẫn điệnTrong lĩnh vực kỹ thuật điện, các vật liệu điện có một vai trò hết sức quan trọng

Chất l ợng của các vật liệu này không chỉ đảm bảo độ tin cậy, đảm bảo an toàn,

tuổi thọ của thiết bị mà còn càng ngày càng làm giảm kích th ớc, khối l ợng và giá

thành của các thiết bị

so với những vật liệu cách điện sử dụng vào cuối thế kỷ XIX và đầu thế kỷ này, công nghệ vật liệu cách điện vào cuối thế kỷ XIX đã đạt những thành tịu v ợt bậc.

Từ những vật liệu cách điện thật đơn giản nh hổ phách, tơ tằm, cánh kiến vận hành ở cấp điện áp thấp, những vật liệu phong phú hiện tại rất đa dạng về chủng loại, về thành phần, có những tính chất cách điện tuyệt vời, có thể chịu đ ợc mức cách điện rất cao

Những tiến bộ trong công tác nghiên cứu vật liệu cách điện dựa trên những

Đây là một lĩnh vực mang tính chất đa ngành Công tác nghiên cứu cơ bản và nghiên cứu ứng dụng vật liệu điện, đòi hỏi các kiến thức cơ bản trong nhiều lĩnh vực : vật lý, hoá học, cơ khí, kỹ thuật nhiệt, kỹ thuật điện

Do vậy, để giúp lựa chọn đ ợc các vật liệu một cách tốt nhất nhằm nâng cao phẩm chất của các thiết bị điện khi thiết kế, cần thiết phải có những hiểu biết rất sâu

về các tính chất của vật liệu

Việc triển khai ứng dụng một loại vật liệu mới từ khi nghiên cứu có thể kéo dài hàng nhiều năm, với rất nhiều các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, trên mô hình cũng nh trên thực tế

Néi dung m«n häc

PhÇn 1 : VËt liÖu kü thuËt

®iÖn

PhÇn 2 : KÕt cÊu c¸ch ®iÖn cao ¸p

Võ Viết đạn, Giáo trình Kỹ thuật điện cao áp, Hanội, 1972.

Tài liệu tham khảo

Nguyễn Đình Thắng, Giáo trình Vậtliệu kỹ thuật điện, NXB KHKT, Hà nội, 2002

Ch ¬ng 1 : CÊu t¹o vËt chÊt

1.1 CÊu t¹o nguyªn tö 1.2 CÊu t¹o ph©n tö 1.3 Lý thuyÕt vïng n¨ng l îng 1.4 Ph©n lo¹i vËt liÖu

Để có thể hiểu đ ợc diễn biến của các quá trình vật lý xảy ra trong các vật liệu cùng các tính chất khác của chúng, cần phải hiểu biết về

Ngày nay, sự hiểu biết của chúng ta về t ơng tác giữa các nguyên tử đã đạt đ ợc mức đủ cho phép giải thích các tính chất vĩ mô của vật liệu dựa trên thuyết cơ học l ợng tử và t ơng tác tĩnh điện giữa điện tử và hạt nhân

Một số tính chất của vật liệu có thể giải thích đơn giản bằng các thuyết kinh điển

về cấu tạo vật chất

cấu tạo vật chất

ảnh h ởng của các tác động bên ngoài

các kiến thức về vật lý, về hoá

học

1.1 Cấu tạo nguyên tử

1.1.1 Thuyết cấu tạo nguyên tử

của Borh

Khoảng năm 1910, cấu tạo của nguyên tử đ ợc xem là gồm một hạt nhân mang điện tích d ơng và các điện tử mang điện tích âm chuyển động xung quanh trên các quỹ đạo tròn

Để hiểu rõ bản chất của các quá trình, cần sử dụng mô hình nguyên tử bằng thuyết cơ học l ợng tử

Ng ời ta gọi hạt cơ bản là các hạt hạt nhỏ nhất của vật chất, không thể phân chia thành các hạt khác

Ban đầu nguyên tử đ ợc xem là hạt cơ bản

Sau khi khám phá ra điện tử, nguyên tử không còn đ ợc xem là phần tử nhỏ nhất của vật chất

Hạt nhân lại gồm các neutron và các proton Proton là các hạt tích điện d

Bình th ờng

Còn khi nó nhận thêm điện tử nó sẽ trở thành ion âm

Nguyên tử là một phần tử trung hoà về điện, (tổng điện tích âm của các điện tử bằng tổng điện tích d ơng)

Hạt nhân

với điện tích bằng 1,602.10-19 Coulomb

Nguyên tử có thể mất một vài điện tử và trở thành ion d ơng,

Tuy nhiên để đơn giản chúng ta sử dụng các yếu tố đơn giản hoá : thuyết cấu tạo nguyên tử dựa trên mô hình nguyên tử của Borh (1913)

có khối l ợng lớn hơn rất nhiều (có thể coi toàn bộ khối l ợng của nguyên tử đ ợc tập trung tại hạt nhân)

có điện tích d ơng bằng Ze (e là điện tích của một điện tử,

Z là số thứ tự của nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn của Mendelev)

Điện tử là

có khối l ợng bằng 9,1.10-31 kg

một hạt tích điện âm

Thuyết cấu tạo của Borh dựa trên những luận điểm cơ bản sau

Các điện tử chuyển động xung quang hạt nhân trên các quỹ đạo tròn Giữa hạt

nhân và điện tử tồn tại lực t ơng tác Coulomb theo các định luật điện từ

r

q f

Lực này sẽ cân bằng với lực ly tâm của chuyển động tròn 

2 2

m là khối l ợng nguyên tử

v là vận tốc dài của chuyển động tròn

động năng T của điện tử thế năng của điện tử

T

2 2

2 2

T

W n    q là điện tích

Luận điểm 1

Nh vậy để gây ion hoá nguyên tử, cần phải cung cấp cho điện tử một năng l ợng bằng q2/2rn, năng l ợng này gọi là năng l ợng ion hoá Wi

Luận điểm 3

Nếu năng l ợng cung cấp cho điện tử đủ lớn làm cho điện tử di chuyển tới một quỹ

đạo rất xa, tách rời khỏi nguyên tử đ ợc xem là thoát hẳn khỏi ảnh h ởng của hạt nhân và trở thành một điện tử tự do

Nguyên tử mất một điện tử, trở thành một ion tích điện d ơng Hiện t ợng này đ ợc gọi là ion hoá

Năng l ợng ion hoá t ơng ứng với các điện tử trên các quỹ đạo khác nhau trong cùng một nguyên tử là khác nhau Điện tử ở lớp ngoài cùng (điện tử hoá trị) có năng l ợng thấp nhất nên quá trình ion hoá xảy ra tr ớc hết là đối với những điện tử này

Nếu xảy ra quá trình kích thích liên tục điện tử có thể nhận đ ợc một năng l ợng tổng cộng đủ lớn dẫn đến ion hoá Quá trình ion hoá theo nhiều giai đoạn đ ợc gọi là sự ion hoá từng cấp

Nếu năng l ợng cung cấp cho điện tử bé hơn năng l ợng ion hoá, điện tử chỉ có thể chuyển dời đến một quỹ đạo xa hạt nhân hơn

Khi chuyển động từ một quỹ đạo xa hạt nhân về quỹ đạo gần hạt nhân hơn,

năng l ợng mà nó đã nhận sẽ đ ợc trả lại d ới dạng các bức xạ quang học xác định theo

điều kiện tần số của Plank

Hạt Khối l ợng

(kg) Điện tích(C) Môment từ(A.m2) Spin

Neutron 1,675.10-27 0 -9,64.10-27 1/2Proton 1,673.10-27 1,602.10-19 1,41.10-26 1/2

Điện tử 9,101.10-31 -1,602.10-19 6,27.10-24 1/2

Thuyết cấu tạo nguyên tử hiện đại đã phá bỏ quan niệm cho rằng nguyên tử chỉ cấu tạo từ các neutron, proton và các điện tử

Một số nguyên tử cũng có thể nhận thêm một số điện tử để trở thành ion âm

Chúng ta lại còn biết rằng quỹ đạo chuyển động của các điện tử không phải lúc nào cũng là các quỹ đạo tròn Ngày nay khoa học đã khám phá ra hàng loạt các hạt khác nên khó có thể nói thực sự thế nào là một hạt cơ bản

Các nguyên tử có mối liên kết chung đảm bảo nguyên tắc

 Phân bố các điện tử phải tuân theo nguyên lý Pauli

 Các điện tích nh các ion và điện tử hoá trị phải sắp xếp sao cho lực đẩy của điện tích cùng dấu là ít nhất, lực hút giữa các

điện tích khác dấu là lớn nhất

 Tổng năng l ợng là thấp nhất

Các quỹ đạo chuyển động của các điện tử có thể bị xếp chồng lên nhau, làm cho năng l ợng của điện tử bị thay đổi ở trạng thái cân bằng, các nguyên tử hình thành lên phân tử

Hai nguyên tử nằm cách biệt nhau một khoảng cách đủ lớn đ ợc xem nh là các hệ cô lập (nguyên tử bị cách ly)

Khi hai nguyên tử xích lại gần nhau, giữa chúng xuất hiện lực t ơng tác

Tuỳ thuộc vào đặc điểm chuyển động của các điện tử trong các nguyên tử mà có thể

là lực hút hoặc lực đẩy

Hai nguyên tử này tác dụng lên nhau một lực đẩy nếu năng l ợng của cả hệ tăng khi chúng xích lại gần nhau Trong tr ờng hợp ng ợc lại sẽ là lực hút

Năng l ợng giữa hai nguyên tử

Ng ời ta gọi năng l ợng liên kết của một phân tử là năng l ợng tối thiểu cần thiết

để tách rời các nguyên tử và chuyển dời chúng ra một khoảng cách đủ lớn

Ws(r) = Wh(r) + Wđ(r)

trong đó Wh(r)là năng l ợng do lực hút

Wđ(r) là năng l ợng do lực

đẩy

Năng l ợng liên kết ở trạng thái bền vững sẽ có giá trị cực tiểu (r=ro)

1.2.1 Liªn kÕt Van der Walls

Lùc Van der Walls nhá chØ xuÊt hiÖn trong hÖ khÐp kÝn

NÕu h¹t nh©n kh«ng n»m chÝnh gi÷a nguyªn tö th× nguyªn tö trë thµnh mét l ìng cùc ®iÖn

Lùc nµy tån t¹i trong c¸c khÝ tr¬ He3, He4 cã c¸u tróc lËp ph ¬ng t©m mÆt

ChØ cÇn mét l ìng cùc ®iÖn xuÊt hiÖn, nã sÏ t¸c dông lªn c¸c ®iÖn tÝch trong nguyªn

tö bªn c¹nh, lµm xuÊt hiÖn c¸c l ìng cùc ®iÖn kh¸c

C¸c l ìng cùc t ¬ng t¸c víi nhau : lùc t ¬ng gäi lµ liªn kÕt Van der Walls

NÕu h¹t nh©n n»m chÝnh gi÷a nguyªn tö th× nguyªn tö trung hoµ vÒ ®iÖn

L ìng cùc P1 cña nguyªn tö 1 t ¬ng t¸c víi l ìng cùc P2cña nguyªn tö 2 trªn kho¶ng c¸ch R gi÷a hai nguyªn tö

6

R

C r

U( ) 

Khi R gi¶m liªn kÕt t¨ng

1.2.2 Liên kết ion

Các ion này t ơng tác nhau theo định luật Cuoulomb nh hai điện tích trái dấu Liên kết hình thành giữa hai ion mang điện tích trái dấu nhau nh vậy gọi là liên kết ion

Ng ợc lại các nguyên tử halogen thiếu một điện tử để có cấu hình lấp đầy ở lớp

ngoài cùng Vì thế nó dễ dàng nhận thêm một điện tử

Các nguyên tử đứng cạnh các nguyên tử khí trơ trong bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleev với lớp vỏ ngoài cùng có thể trở thành cấu hình khí trơ bằng cách nh ờng bớt hay nhận thêm một điện tử

Độ âm điện là khả năng chiếm đoạt điện tử của nguyên tử và đ ợc xác định trung bình cộng của năng l ợng ion hoá Wi (năng l ợng cần cung cấp để tách một

điện tử ra khỏi nguyên tử ) và ái lực điện tử Wa (năng l ợng giải thoát khi một điện

tử kết hợp vào một nguyên tử)

Các phân tử có liên kết ion đ ợc hình thành từ các nguyên tử có độ

âm điện khác nhau

§Ó t¹o ra c¸c ion tr¸i dÊu cÇn cã c¸c ph¶n øng cho vµ nhËn ®iÖn tö

XÐt tinh thÓ muèi ¨n CÊu t¹o líp ®iÖn tö ngoµi cña nguyªn tö Na vµ Cl

Trong liªn kÕt Na + : 1s2 Cl - : 1s22s12p63s23p6

eV Na

eV Cl

Cl e

135

63,

,

N¨ng l îng tæng céng cña tinh thÓ

eV NaCl

eV Cl

Na Cl

Na      7 , 9   7 , 9

Cl

Trong tinh thÓ cã nhiÒu cÆp nh thÕ

C¸c cÆp nµy t ¬ng t¸c víi nhau bëi lùc Coulomb

dèi t¸c ong

gÇn cÆp víi

dèi t¸c ong

exp

,

,

t R

q P

t R

q R

U

j i

Liªn kÕt nµy gåm hai phÇn : t ¬ng t¸c gi÷a c¸c ion gÇn nhÊt vµ t ¬ng t¸c xa gi÷a c¸c cÆp ® îc thÓ hiÖn theo c«ng thøc cña Madenlung

Liªn kÕt ion vµ liªn kÕt Van der Waals kh«ng thÓ gi¶i thÝch ® îc sù tån t¹i cña mét lo¹t c¸c lo¹i hîp chÊt nh H2, O2, N2 vµ c¸c tinh thÓ lo¹i kim c ¬ng

1.2.3 Liªn kÕt céng ho¸ trÞ

C¸c nguyªn tö gièng nhau kh«ng thÓ t¹o thµnh c¸c ion mang ®iÖn tÝch tr¸i dÊu nhau b»ng c¸ch ph©n bè l¹i c¸c ®iÖn tö ho¸ trÞ nh tr êng hîp liªn kÕt ion gi÷a kim lo¹i kiÒm víi halogen

Liªn kÕt trong tr êng hîp nµy lµ liªn kÕt céng ho¸ trÞ

MÆt kh¸c t ¬ng t¸c gi÷a c¸c ph©n tö H2, O2, N2 lín h¬n h¾n gi¸ trÞ cã thÓ cña

lùc Van der Waals

H2+

-hai nguyên tử này có thể coi là cô lập, xác suất để

điện tử 1 ở gần hạt nhân b và 2 gần hạt nhân a là

rất nhỏ

Khi khoảng cách bé vào khoảng 50 A sự bao phủ lớp

điện tử của các nguyên tử tăng lên rõ rệt, tần số chuyển động của điện tử đạt tới 1014 s-1 ở một khoảng cách đã cho, sự phủ tăng, tần số trao đổi của các điện tử tăng đến mức không thể nói rằng

điện tử 1 thuộc về nguyên tử A và điện tử 2 thuộc

về nguyên tử B

Bản chất của liên kết này có thể thấy rõ qua thí dụ về phân tử H2

Giả sử trên khoảng cách t ơng đối lớn (khoảng 50 A) có hai nguyên tử hydro :

nguyên tử A gồm hạt nhân a và điện tử 1 nguyên tử B gồm hạt nhân b và điện tử 2

Khi hai nguyên tử lại gần nhau, xác suất chuyển điện

tử đến các hạt nhân của nguyên tử kia tăng lên

Một trạng thái mới đã xuất hiện không phải là hệ hai nguyên tử cô lập mà vấn đề là các điện tử ở trạng

+

H+ H

-H2

Dạng liên kết hình thành nh trên giữa hai nguyên tử có cấu hình giống hệt nhau

đôi điện tử dùng chung không thuộc về nguyên tử nào đ ợc gọi là liên kết cộng hoá trị không cực

Tr ờng hợp liên kết hính thành bởi các nguyên tử có cấu hình khác nhau, các

điện tử dùng chung bị lệch về một nguyên tử nào đó đ ợc gọi là liên kết cộng hoá trị có cực

Phân tử HCl là một ví dụ về dạng liên kết này

+

+

1.2.4 Liên kết kim loại

Sự tạo thành trạng thái kim loại không thể giải thích trên quan điểm liên kết ion

hay liên kết cộng hoá trị

Vấn đề là ở chỗ, liên kết ion chỉ xuất hiện giữa các nguyên tử có cấu hình điện

tử khác nhau rõ rệt nh tr ờng hợp kim loại kiềm và halogen

Mặt khác các nguyên tử kim loại cũng không đủ điện tử để tạo thành liên kết hoá trị với các nguyên tử lân cận gần nhất

Năng l ợng liên kết trong tr ờng hợp này bé hơn so với dạng liên kết ion hoặc liên kết đồng hoá trị : 386 kJ/mole với Fe và 311 KJ/mole với Al

Các điện tử trong các nguyên tử kim loại liên kết yếu với hạt nhân Khi hính thành trạng thái lỏng và trạng thái rắn, các nguyên tử xích lại gần nhau, các điện tử hoá trị có thể bứt ra khỏi nguyên tử của mình và chuyển động tự do trong mạng

Kết quả là trong mạng xuất hiện sự phân bố rất đồng đều của các điện tích

âm, l ới tạo thành một đám khí điện tử

Nh ta thấy liên kết kim loại về cơ bản giống liên kết cộng hoá trị ở chỗ các điện tử

đ ợc hoá trị coi là dùng chung nh ng trong tr ờng hợp liên kết cộng hoá trị, các điện

tử dùng chung là do sự đóng góp từ các cặp nguyên tử lân cận gần nhau nhất và chỉ của từng cặp điện tử nó luôn nằm giữa các nguyên tử

Trong tr ờng hợp liên kết kim loại, tất cả các nguyên tử của tinh thể cho đóng góp vào các điện tử đóng góp chung Mặt khác các điện tử góp chung không địn xứ

ở nguyên tử của mình mà chuyển động tự do từ nơi này đến nơi khác

Tinh thể kim loại đặc tr ng bởi tính dẻo, các kim loại khác nhau có thể "trộn" lẫn thành các hợp kim, có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao

1.2.5 Liªn kÕt hydro

Liªn kÕt hydro xuÊt hiÖn trong tr êng hîp khi mµ mét nguyªn tö hydro liªn kÕt voÝ nh÷ng nguyªn tö cã tÝnh ©m ®iÖn rÊt m¹nh ch¼ng h¹n nh flo, oxy, phèt pho, ni t¬

C¸c nguyªn tö nµy mÊt mét ®iÖn tö liªn kÕt vµ mang ®iÖn tÝch ©m, Liªn kÕt hydro g©y ra bëi lùc hót tÜnh ®iÖn gi÷a c¸c h¹t mang ®iÖn nµy

Mét thÝ dô ®iÓn h×nh vÒ liªn kÕt lo¹i nµy lµ liªn kÕt xuÊt hiÖn gi÷a c¸c ph©n tö n íc Liªn lÕt O-H t¹o thµnh gi÷a c¸c nguyªn tö oxy cña ph©n tö n íc nµy víi nguyªn hydro cña ph©n tö n íc kh¸c, t¹o thµnh liªn kÕt nhá

Nguyªn tö hydro cã mét ®iÖn tö ho¸ trÞ, nã cã thÓ liªn kÕt víi mét nguyªn ö cã líp ngoµi cóng thiÕu 1 ®iÖn tö

Nh ng hydro cã thÓ liªn kÕt víi hai nguyªn tö cïng mét lóc t¹o thµnh liªn kÕt hydro

F

-H+

F

-1.2.6 So sánh các liên kết

Liên kết th ờng gặp nhất là liên kết Liên kết Van der Waals, nó xuất hiện trong mọi tr ờng hợp và

là loại liên kết yếu nhất với năng l ợng liên kết chỉ cỡ 10 4 J/mol Liên kết này xuất hiện giữa các nguyên tử, phân tử trung hoà có lớp vỏ điện tử bên trong đầy

Liên kết ion là loại liên kết điển hình, th ờng gặp trong các chất vô cơ trong các hợp chất kim loại với halogen, oxyt, kim loại, sulphua

ở nhiệt độ thấp, điện dẫn điện tử rất yếu vì các điện tử bị gắn chặt vào các ion, các tinh thể ion có tính chất của các điện môi

Liên kết ion cũng th ờng gặp trong các kim loại chuyển tiếp (cadmi, celen, nitri ) Năng l ợng liên kết ion lớn hơn hẳn của liên kết Van der Waals, đạt cở 10 6 J/mol

Nh ng ở nhiệt độ cao do chuyển động mạnh của các ion, nên điện dẫn ion xuất hiện.

Vì thế vật rắn cấu tạo với liên kết ion hình thành lên mạng tinh thể ion, có nhiệt độ nóng chảy cao vì năng l ợng liên kết rất cao

Do năng l ợng liên kết yếu, các cấu trúc với liên kết Van der Waals th ờng không vững chắc, nhiệt

độ nóng chảy thấp, ví dụ nh parafin.