background image

Chapter  2  -­ 1

Chapter  2:  Atomic  Structure  and  

Interatomic  Bonding


background image

Chapter  2  -­ 2

Chapter  2:  Atomic  Structure  &  

Interatomic  Bonding

Geckos,  harmless  tropical  lizards,  are  extremely  
fascinating  and  extraordinary  animals.  They
have  very  sticky  feet  that  cling  to  virtually  any  surface.  This  
characteristic  makes  it  possible  for
them  to  rapidly  run  up  vertical  walls  and  along  the  
undersides  of  horizontal  surfaces.  In  fact,  a
gecko  can  support  its  body  mass  with  a  single  toe!  The  
secret  to  this  remarkable  ability  is  the  presence
of  an  extremely  large  number  of  microscopically  small  
hairs  on  each  of  their  toe  pads.  When
these  hairs  come  in  contact  with  a  surface,  weak  forces  of  
attraction  (i.e.,  van  der  Waals  forces)
are  established  between  hair  molecules  and  molecules  on  
the  surface.


background image

Chapter  2  -­ 3

ISSUES  TO  ADDRESS...

•    What  promotes  bonding?

•    What  types  of  bonds  are  there?

•    What  properties  are  inferred  from  bonding?

Chapter  2:  Atomic  Structure  &  

Interatomic  Bonding


background image

Chapter  2  -­ 4

Chapter  2:  Atomic  Structure  &  

Interatomic  Bonding

Learning  Objectives

1.  Name  the  two  atomic  models  cited,  and  note
the  differences  between  them.
2.  Describe  the  important  quantum-­mechanical
principle  that  relates  to  electron  energies.
3.  bonding  energy.
4.  ionic,  covalent,  metallic,  hydrogen,  and  van  der  Waals  
bonds.


background image

Chapter  2  -­ 5

WHY  STUDY  Atomic  Structure  and  

Interatomic  Bonding?

An  important  reason  to  have  an  understanding  of  interatomic
bonding  in  solids  is  that,  in  some  instances,
the  type  of  bond  allows  us  to  explain  a  material’s
properties.

For  example,  consider  carbon,  which  may

exist  as  both  graphite  and  diamond.  Whereas  graphite
is  relatively  soft  and  has  a  “greasy”  feel  to  it,  diamond
is  the  hardest  known  material.  This  dramatic  disparity
in  properties  is  directly  attributable  to  a  type  of  interatomic
bonding  found  in  graphite  that  does  not  exist
in  diamond


background image

Chapter  2  -­ 6

Some of the important properties of solid materials depend on 
geometrical atomic arrangements, and also the interactions that 
exist among constituent atoms or molecules.

• atomic structure, 
• Electron configurations in atoms 
• the periodic table
• the various types of primary and secondary interatomic 

bonds


background image

Chapter  2  -­

Wavelike  behavior  of  electrons

• We  often  use  dots  to  represent  individual  electrons  and  lines  for  

pairs  of  electrons  in  a  covalent  bond.

• However,  the  electrons  have  a  wavelike  behavior  such  that  we  

can  only  give  the  probability  of  an  electron  being  in  a  particular  
volume.    

• So  a  more  accurate  representation  of  an  electron  is  as  a  cloud.

7


background image

Chapter  2  -­ 8

A set of principles and laws that govern systems of
atomic and subatomic entities that came to be known
as quantum mechanics.

An understanding of the behavior of electrons in atoms
and

crystalline

solids

necessarily

involves

the

discussion of quantum-­mechanical concepts.


background image

Chapter  2  -­ 9

An  important  quantum-­mechanical  principle  stipulates  that  
the  energies  of  electrons  are  quantized;;  that  is,  electrons  are  
permitted  to  have  only  specific  values  of  energy.  

An  electron  may  change  energy,  but  in  doing  so  it  must  make  
a  quantum  jump  either  to  an  allowed  higher  energy  (with  
absorption  of  energy)  or  to  a  lower  energy  (with  emission  of  
energy).  

Often,  it  is  convenient  to  think  of  these  allowed
electron  energies  as  being  associated  with  energy  levels  or  
states.  These  states  do  not  vary  continuously  with  energy;;  that  
is,  adjacent  states  are  separated  by  finite  energies.


background image

Chapter  2  -­ 10

Atomic  Structure

• Each  chemical  element  is  characterized  by  the  number  

of  protons  in  the  nucleus,  or  the  atomic  number  (Z).

(for an  electrically neutral atom  also equals to number of  

electrons)
• The  atomic  mass  (A)  of  a  specific  atom  may  be  

expressed  as  the  sum  of  the  masses  of  protons  and  

neutrons  within  the  nucleus.

• Atoms  of  some  elements  have  two  or  more  different  

atomic  masses,  which  are  called  isotopes.  

• The  atomic  weight  of  an  element  corresponds  to  the  

weighted  average  of  the  atomic  masses  of  the  atom’s  
naturally  occurring  isotopes.

• The  atomic  mass  unit  (amu)  may  be  used  for  

computations  of  atomic  weight.


background image

Chapter  2  -­ 11

Atomic  Structure

• atom  –

electrons

– 9.11  x  10

-­31

kg

protons

neutrons

• Charge  magnitude  of  electrons  and  protons  

• 1.60 x  10

-­19

C

• atomic  number

=  #  of  protons  in  nucleus  of  atom

=  #  of  electrons  of  neutral  species

• A  [=]  

atomic  mass  unit

=  amu  =    1/12  mass  of  

12

C

Atomic  wt

=  wt  of  6.022  x  10

23

molecules  or  atoms

1  amu/atom  =  1g/mol

C        12.011

H        1.008  etc.

}

1.67  x  10

-­27

kg


background image

Chapter  2  -­ 12

number  of  neutrons  =  N

number  of  protons  =  Z

A=  Z  +  N  

(

2.1)

AVAGADRO’S  NUMBER  = 6.022  x  10

23

=  N

A

ATOMIC    OR  MOLECULAR      WEIGHT  =

N

A

x  WEIGHT  PER  ATOM.  


background image

Chapter  2  -­ 13

Atomic  Structure

• Valence  electrons  determine  all  of  the  

following  properties

1) Chemical
2) Electrical  
3) Thermal
4) Optical


background image

Chapter  2  -­

BOHR  ATOM

14

Bohr  atomic
model,  
in  which  
electrons  are  assumed  
to  revolve  around  the  
atomic  nucleus
in  discrete  orbitals,  and  
the  position  of  any  
particular  electron  is  
more  or
less  well  defined  in  
terms  of  its  orbital.


background image

Chapter  2  -­

WAVE  MECHANICAL  MODEL  OF  

ATOM

15

This Bohr model was eventually found to 
have some significant limitations
because of its inability to explain several 
phenomena involving electrons. A
resolution was reached with a 

wave-

mechanical model, 

in which the electron is

considered to exhibit both wave-like and 
particle-like characteristics. With this
model, an electron is no longer treated as a 
particle moving in a discrete orbital;
rather, position is considered to be the 
probability of an electron’s being at
various locations around the nucleus. In other 
words, position is described by a
probability distribution or electron cloud.


background image

Chapter  2  -­ 16

Electronic  structure  of  isolated  atoms

• The  characteristics  below  stem  from  their  wavelike  nature.    

– electrons  are  in  orbitals
– each  orbital  is  at  a  discrete  energy  level  determined  by  its  quantum  

numbers

– the  letter  designations  below  were  given  to  bands  observed  in  optical  

emission  and  absorption,  but  not  understood  at  the  time.

Quantum  Number

Designation

n  =  principal  (energy  level-­shell)

1,2,3,4,5,6,7    (K,  L,  M,  N,  O,…)

=  angular  (sub  shell,  shape)

s,  p,  d,  f    (n  of  them  to  max  of  4)

m

l

=  magnetic

-­ to  +  by  integers,  including  0

m

s

=  spin

½,  -­½  

v

Dynamic  periodic  table

v

Atomic  orbitals


background image

Chapter  2  -­ 17

Electron  energy  states  of  isolated  atoms  

1s

2s

2p

K-­shell    n  =  1

L-­shell    n  =  2

3s

3p

M-­shell    n  =  3

3d

4s

4p

4d

Energy

N-­shell    n  =  4

Electrons  have  discrete  energy  states.    They  occupy  the  lowest  
possible  energy  levels,  unless  excited  by  an  external  source  of  energy,  
e.g.  thermal  energy  or  absorption  of  photons  (in  light).  

Two  electrons  of  
opposite  spin  can  
be  in  each  level.


background image

Chapter  2  -­ 18

The  electron  configuration  is  stable  only  for  the  noble  gases.  Except  
for  noble  gases,  the  outer  shell  is  not  completely  filled  and  so  one  or  
more  electrons  may  be  lost  or  gained  to  form  an  ion,  
or  shared  in  a  covalent  bond.

Ground-­state  energy  levels  of  some  elements  

Electron  configuration

(stable)

...  

...  
1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

(stable)

...  
1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

6

3d

10

4s

2

4p

6

(stable)

Atomic  #

18

...
36

Element

1s

1

1

Hydrogen

1s

2

2

Helium

1s

2

2s

1

3

Lithium

1s

2

2s

2

4

Beryllium

1s

2

2s

2

2p

1

5

Boron

1s

2

2s

2

2p

2

6

Carbon

...

1s

2

2s

2

2p

6

(stable)

10

Neon

1s

2

2s

2

2p

6

3s

1

11

Sodium

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

12

Magnesium

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

3p

1

13

Aluminum

...
Argon

...
Krypton


background image

Chapter  2  -­ 19

Electron  Configurations

• Valence  electrons

– those  in  unfilled  shells

• Filled  shells  more  stable
• Valence  electrons  are  most  available  for  

bonding  and  tend  to  control  the  chemical  

properties

– example:      C  (atomic  number  =  6)

1s

2

2s

2

2p

2

valence  electrons


background image

Chapter  2  -­ 20

Electronic  Configurations

ex:    Fe  -­ atomic  #    

=

26

valence  

electrons

Adapted  from  Fig.  2.4,  
Callister  &  Rethwisch  8e.

1s

2s

2p

K-­shell    n  =  1

L-­shell    n  =  2

3s

3p

M-­shell    n  =  3

3d

4s

4p

4d

Energy

N-­shell    n  =  4

1s

2

2s

2  

2p

6

3s

2

3p

6

3d

6

4s

2


background image

Chapter  2  -­ 21

The  Periodic  Table

All  the  elements  have  been  classified  according  to  electron  
configuration  in  the  periodic  table.
The  elements  are  situated,  with  increasing  atomic  number,  in  
seven  horizontal  rows  called  periods.  

The  arrangement  is  such  that  all  elements  arrayed  in  a  given  
column  or  group  have  similar  valence  electron  structures,  as  
well  as  chemical  and  physical  properties.  

These  properties  change  gradually,  moving  horizontally  
across  each  period  and  vertically  down  each  column.


background image

Chapter  2  -­ 22

The  Periodic  Table


background image

Chapter  2  -­ 23

The  Periodic  Table

•    Columns:

Similar  

Valence

Structure

Adapted  from  
Fig.  2.6,  
Callister  &  
Rethwisch  8e.

Electropositive  elements:
Readily  give  up  electrons
to  become  +  ions.

Electronegative  elements:
Readily  acquire  electrons
to  become  -­ ions.

gi

ve

  u

p  

1e

gi

ve

  u

p  

2e

gi

ve

  u

p  

3e

in

er

t  g

ase

s

acce

pt

  1

e

acce

pt

  2

e

O

Se

Te

Po At

I

Br

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

F

Cl

S

Li

Be

H

Na

Mg

Ba

Cs

Ra

Fr

Ca

K

Sc

Sr

Rb

Y


background image

Chapter  2  -­

• electropositive  elements,indicating  that  

they  are  capable  of  giving  up  their  few  
valence  electrons  to  become  positively  
charged  ions.  

• the  elements  situated  on  the  right-­hand  

side  of  the  table  are  electronegative;;  
that  is,  they  readily  accept  electrons  to  
form  negatively  charged  ions,  or  
sometimes  they  share  electrons  with  
other  atoms.  

24


background image

Chapter  2  -­ 25

•    Ranges  from  

0.7

to  

4.0

,

Smaller  electronegativity

Larger  electronegativity

•    Large  values:    tendency  to  acquire  electrons.

Adapted  from  Fig.  2.7,  Callister  &  Rethwisch  8e. (Fig.  2.7  is  adapted  from  Linus  Pauling,  The  Nature  of  the  
Chemical  Bond
,  3rd  edition,  Copyright  1939  and  1940,  3rd  edition.    Copyright  1960  by  Cornell  University.

Electronegativity


background image

Chapter  2  -­ 26

Ionic  bond    –

metal

+          nonmetal

donates                            accepts

electrons                        electrons

Dissimilar  electronegativities  

ex:  

Mg

O

Mg

1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

O

1s

2

2s

2

2p

4

[Ne]  3s

2

Mg

2+

1s

2

2s

2

2p

6

O

2-­

1s

2

2s

2

2p

6

[Ne]  

[Ne]  


background image

Chapter  2  -­

Electrons  in  different  shells

27


background image

Chapter  2  -­ 28


background image

Chapter  2  -­

Atomic  Bonding  in  Solids

• An understanding of many of the

physical properties of materials is
predicated on a knowledge of the
interatomic forces that bind the atoms
together.

• Perhaps

the

principles

of

atomic

bonding

are

best

illustrated

by

considering the interaction between two
isolated atoms as they are brought into
close

proximity

from

an

infinite

separation.

29


background image

Chapter  2  -­

Atomic  Bonding  in  Solids

• At large distances, the interactions are

negligible, but as the atoms approach,
each exerts forces on the other. These
forces are of two types, attractive and
repulsive, and the magnitude of each is
a

function

of

the

separation

or

interatomic distance.

30


background image

Chapter  2  -­

Bonding  in  solids

• As  two  atoms  approach  one  

another,  they  at  first  
experience  an  attraction.

• They  repel  one  another  when  

they  are  brought  very  close.

• r

0

is  the  equilibrium  distance.

• The  type  of  bonding  in  a  solid  

depends  on  the  behavior  of  the  
atoms'  outer  “valence”  
electrons.

• Metallic:  outer  electrons  shared  in  a  cloud  or  sea.    
• Ionic

– Cations  have  given  up  one  or  more  electrons
– Anions  have  gained  one  or  more  electrons

• Covalent:  atoms  share  outer  electrons
• Mixed  ionic  and  covalent
• Van  der  Waals:  electrostatic  due  to  non-­uniform  charge  distribution.    Weak


background image

Chapter  2  -­

Typical  ionic  bond:      

metal

+  nonmetal

Mg        1s

2

2s

2

2p

6

3s

2

O

1s

2

2s

2

2p

4

(Ne  +  3s

2

)

(Ne  – 2p

2

)

Mg

2+    

1s

2

2s

2

2p

6

O

2-­

1s

2

2s

2

2p

6

(Ne)  

(Ne)  

cation

anion

donates  

electrons

accepts  

electrons

• The  greater  the  difference  in  electronegativity,  the  greater  the  tendency  to  

form  an  ionic  bond.

• Consider  magnesium  and  oxygen  with  electronegativities  of  1.31  and  3.44.    
• Here’s  what  happens  when  Mg  and  O  come  near  one  another:

electron(s)  

-

Coulombic

Attraction


background image

Chapter  2  -­ 33

Ionic  bonding  between  one  cation  (+)  

and  one  anion  (-­)

Stable  at  minimum  energy  E

0

for  radius  r

0

.

Attractive  energy  E

A

Net  energy  E

N

Repulsive  energy  E

R

Interatomic  separation  r

r

0

r

A

n

r

B

E

N

=  

E

A

+  

E

R

=  

+

-

r

0

Force  =  dE/dr  =  0  at  r

0


background image

Chapter  2  -­ 34

•    Predominant  bonding  in  Ceramics

Adapted  from  Fig.  2.7,  Callister  &  Rethwisch  4e. (Fig.  2.7  is  adapted  from  Linus  Pauling,  The  Nature  of  the  
Chemical  Bond
,  3rd  edition,  Copyright  1939  and  1940,  3rd  edition.    Copyright  1960  by  Cornell  University.

Examples:    

Ionic  Bonding

Give  up  electrons

Acquire  electrons

NaCl

MgO

CaF2

CsCl


background image

Chapter  2  -­

Ionic  bonding  in  a  crystal

• In  a  crystal,  a  cation  (+  charge)  is  attracted  not  only  by  the  nearest  

anions,  but  to  a  lesser  extent  by  those  farther  away.

• Similarly,  it  is  repelled  by  all  other  cations.
• The  sum  of  the  energy  due  to  all  attractions  and  repulsions  is  known  

as  the  

Madelung  energy

.    This  is  approximately  60%  greater  than  the  

energy  of  attraction  for  isolated  ions  the  same  distance  apart  as  in  
the  lattice.

35


background image

Chapter  2  -­

Covalent  Chemical  Bonds

• Atoms  with  almost  the  same  electronegativity  share  electrons  

leading  to  hybrid  electronic  structures.

• The  bonds  are  very  directional,  unlike  ionic  bonds.
• Example:  

shared  electrons  
from  carbon  atom

shared  electrons  
from  hydrogen  
atoms

H

H

H

H

C

CH4

v

Methane  orbitals

Hybrid  orbitals

v

Covalent  orbitals


background image

Chapter  2  -­

Mixed  Ionic-­Covalent  Bonding

• Ionic-­Covalent  Mixed  Bonding
• Approximate  fraction  ionic  character

»

where  X

A

&  X

B

are  the  two  Pauling  electronegativities.

÷

÷
ø

ö

ç

ç
è

æ

-

-

-

4

2

1

)

X

X

(

 

B

A

e

Example:  MgO.    Using  the  1960  values  in  the  text,  

X

Mg

1.2 and X

O

3.5,

the equation above predicts that the bond between Mg and O has 

about 73% ionic character and 27% covalent.

Using  the  revised  values  given  on  Wikipedia,

X

Mg

1.31 and X

O

3.44,

the equation above predicts that the bond between Mg and O has 

about 68% ionic character and 32% covalent.

For  homework  problems  use  the  values  in  the  text.


background image

Chapter  2  -­

Metallic  bonding

• Occurs  with  atoms  that  easily  give  up  electrons.
• In  a  solid,  these  “conduction”  electrons  form  a  cloud  or  sea.
• No  two  electrons  can  have  exactly  the  same  quantum  number,  and  

so  they  have  a  range  of  energies.    Each  “exists”  throughout  the  solid.

• The  attraction  between  the  positively  charged  metal  ions  and  the  

electron  cloud  is  what  causes  metallic  bonding.

• Non  directional.
• These  “conduction”  electrons

carry  electric  current  and  heat.

• Mixtures  of  metals  sometimes  

form  intermetallic  compounds.

• Animation  (in  full-­screen

projection  mode):

38

Another  animation:  

http://mypchem.com/myp9/myp9c/myp9c_swf/metal_vib.htm


background image

Chapter  2  -­

Arises  from  interaction  between  electric  

dipoles

Secondary  (

van  der  Waals

)  bonds

•    Dipoles  fluctuating  rapidly  and  interacting

asymmetric  electron

clouds

+

+

H

H

H

H

H2

H2

e.g.  liquid  H

2

•    Permanent  

dipoles  

-­general  case:

-­ex:  liquid  HCl

-­ex:  polymer

H Cl

H Cl

+

+

Within  an  organic  molecule  the  bonding  is  
mostly  covalent,  while  between  molecules  
the  bonding  is  mostly  van  der  Waals.  


background image

Chapter  2  -­

Hydrogen  bonds

• Between  hydrogen  atoms  and  the  nearby  negative  end  of  a  

molecular  dipole,  to  strongly  electronegative  atoms  such  as  O  or  N.

• Partly  covalent  and  partly  electrostatic.
• Much  stronger  than  van  der  Waals  bonds.
• Determines  the  unusual  properties  of  water  liquid  and  solid.
• Also  occurs  with  other  molecules,  and  even  between  parts  of  

complex  molecules  such  as  proteins.

40


background image

Chapter  2  -­

Table  2.3.


background image

Chapter  2  -­ 42

Interaction  energy  E

versus  atomic  separation  r

Melting  Temperature,  T

m

T

m

is  larger  when  E

o

is  larger

Properties  From  Bonding:  Melting  point

Atomic  separation  r

r

r

o

r

Energy

larger  T

m

smaller  T

m

E

o

bond  energy”

Energy

r

o

r

unstretched  bond  length


background image

Chapter  2  -­ 43

Coefficient  of  thermal  expansion,  

a

a is  larger  when  E

o

is  smaller

Properties  From  Bonding:  Thermal  expansion

a (

T

2

T

1

)

DL

Lo

coeff.  thermal  expansion

DL

length,  

Lo

unheated,  T1

heated,  T2

r

o

r

smaller  

a

larger  

a

Energy

E

o

E

o


background image

Chapter  2  -­ 44

•    Occurs  between  +  and  -­ ions.
•    Requires  

electron  transfer.

•    Large  difference  in  electronegativity  required.
•    Example:    NaCl

Ionic  Bonding

Na  (metal)  

unstable

Cl  (nonmetal)  

unstable

electron  

+  

Coulombic

Attraction

Na  (cation)  

stable

Cl  (anion)  

stable


background image

Chapter  2  -­

FORCES  AND  ENERGIES

45

(a)  The
dependence  of  repulsive,
attractive,  and  net  forces  
on  interatomic  
separation  for  two  
isolated  atoms.  

(b)  The  dependence  of  
repulsive,  attractive,  and  
net  potential  energies  on  
interatomic  separation  
for  two  isolated  atoms.


background image

Chapter  2  -­ 46

Attractive force F

A

Repulsive  force F

Net  force F

N


background image

Chapter  2  -­ 47


background image

Chapter  2  -­

Bonding  Forces  and  Energies

48

2.13    Calculate  the  force  of  attraction  
between  a  K

+

and  an  O

2-­

ion  the  

centers  of  which  are  separated  by  a  
distance  of    r0  =1.5  nm.

The  attractive  force  between  two  ions  
FA 
is  just  the  derivative  with  respect  to  
the  interatomic  separation  of  the  
attractive  energy  expression,  Equation  
2.8,  which  is  just

Solution


background image

Chapter  2  -­ 49

    

 

F

A

  =  

dE

A

dr

  =  

d

-

A
r

æ 
è 

ç 

ö 
ø 

÷ 

dr

  =  

A

r

2

The constant in this expression is

defined in footnote 3. Since the valences
of the K+ and

O2-­ ions

(Z1 and Z2) are +1 and -­2, respectively,

Z1 = 1 and Z2 = 2, then


background image

Chapter  2  -­ 50

  

 

F

A

  =  

(Z

1

e) (Z

2

e)

4pe

0

r

2

 

=  

(1)(2)

(

1.602  ´  10

-19

 

C

)

2

(4)(p) (8.85 ´  10

-12

 

F/m) (1.5 ´  10

-9

 

m)

2

=2.05  

´

10^(-10 ) N


background image

Chapter  2  -­

IONIC  FORCE  /  P  31  FOOT-­NOTE

51

F=  (Z1  *Z2  *  e^2)/(4*π*ε

0

*r^2);;

e=  1.602  *10^(-­19)  COULOMBS  ;;

ε

0  

=  8.85  *  10^(-­12  )

Z1,  Z2    =  VALENCIES  OF  IONS


background image

Chapter  2  -­ 52

Ionic  Bonding

• Energy  – minimum  energy  most  stable

– Energy  balance  of  

attractive

and  

repulsive

terms

Attractive  energy  E

A

Net  energy  E

N

Repulsive  energy  E

R

Interatomic  separation  r

r

A

n

r

B

E

N

=  

E

A

+  

E

R

=  

+

-

Adapted  from  Fig.  2.8(b),  
Callister  &  Rethwisch  8e.


background image

Chapter  2  -­ 53

•    Predominant  bonding  in  

Ceramics

Adapted  from  Fig.  2.7,  Callister  &  Rethwisch  8e. (Fig.  2.7  is  adapted  from  Linus  Pauling,  The  Nature  of  the  
Chemical  Bond
,  3rd  edition,  Copyright  1939  and  1940,  3rd  edition.    Copyright  1960  by  Cornell  University.

Examples:    Ionic  Bonding

Give  up  electrons

Acquire  electrons

NaCl

MgO

CaF2

CsCl


background image

Chapter  2  -­ 54

C:    has  4  valence  e

,

needs  4  more

H:    has  1  valence  e

,

needs  1  more

Electronegativities

are  comparable.

Adapted  from  Fig.  2.10,  Callister  &  Rethwisch  8e.

Covalent  Bonding

• similar  

electronegativity

\ share  electrons

• bonds  determined  by  valence  – &  orbitals  

dominate  bonding

• Example:  CH

4

shared  electrons  
from  carbon  atom

shared  electrons  
from  hydrogen  
atoms

H

H

H

H

C

CH4


background image

Chapter  2  -­ 55

Primary  Bonding

• Metallic  Bond

-­-­ delocalized  as  electron  cloud  

• Ionic-­Covalent  Mixed  Bonding

%  ionic  character

=  

where  X

A

&  X

B

are  Pauling  electronegativities

%)

100

(

x  

    

    

 

1

- e

-  

(X

A

-X

B

)

2

4

æ 

è 

ç 

ç 

ç 

ö 

ø 

÷ 

÷ 

÷ 

ionic

  

73.4%

  

  

(100%)

  x  

e

1

  

  

character

ionic  

  

%

4

)

2

.

1

5

.

3

(

  

2

=

÷÷

÷

ø

ö

çç

ç

è

æ

-

=

-

-

Ex:    MgO

X

Mg

=  1.2

X

O

=  3.5


background image

Chapter  2  -­

METALLIC  BONDING

56


background image

Chapter  2  -­ 57

Arises  from  interaction  between  

dipoles

•    Permanent  

dipoles

-­molecule  induced

•    Fluctuating  

dipoles

-­general  case:

-­ex:  liquid  HCl

-­ex:  polymer

Adapted  from  Fig.  2.13,  
Callister  &  Rethwisch  8e.

Adapted  from  Fig.  2.15,

Callister  &  Rethwisch  8e.

SECONDARY  BONDING

asymmetric  electron

clouds

+

+

secondary  

bonding

H

H

H

H

H2

H2

secondary  

bonding

ex:    liquid  H2

H Cl

H Cl

secondary  

bonding

secondary  

bonding

+

+

secondary  bonding


background image

Chapter  2  -­ 58

Type

Ionic

Covalent

Metallic

Secondary

Bond  Energy

Large!

Variable
large-­Diamond
small-­Bismuth

Variable
large-­Tungsten
small-­Mercury

smallest

Comments

Nondirectional  (

ceramics

)

Directional
(

semiconductors

,  

ceramics

polymer  

chains)

Nondirectional  (

metals

)

Directional
inter-­chain  (

polymer

)

inter-­molecular

Summary:    Bonding


background image

Chapter  2  -­ 59

•    

Bond  length

,  r

•    

Bond  energy

,  E

o

•    

Melting  Temperature

,  T

m

T

m

is  larger  if  E

o

is  larger.

Properties  From  Bonding:  T

m

r

o

r

Energy

r

larger  T

m

smaller  T

m

E

o

=    

“bond  energy”

Energy

r

o

r

unstretched  length


background image

Chapter  2  -­ 60

•    

Coefficient  of  thermal  expansion

,  

a

•    

a ~  symmetric  at  r

o

a is  larger  if  E

o

is  smaller.

Properties  From  Bonding  :    

a

a (

T

2

T

1

)

DL

Lo

coeff.  thermal  expansion

DL

length,  

L

o

unheated,  T1

heated,  T2

r

o

r

smaller  

a

larger  

a

Energy

unstretched  length

E

o

E

o


background image

Chapter  2  -­ 61

Ceramics

(Ionic  &  covalent  bonding):

Large  bond  energy

large  T

m

large  E
small  

a

Metals

(Metallic  bonding):

Variable  bond  energy

moderate  T

m

moderate  E
moderate  

a

Summary:    Primary  Bonds

Polymers

(Covalent  &  Secondary):

Directional  Properties

Secondary  bonding  dominates

small  T

m

small  E
large  

a




رفعت المحاضرة من قبل: abdalla Alhamdany
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 165 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل