原子結構與原子間鍵結
鍵能
鍵能就是鍵能曲線中谷的深度:把兩個成鍵原子完全拉開所必須投入的能量。如果把鍵看成一根拉緊的彈簧把原子扣在一起,鍵能就是徹底扯斷這根彈簧所需的功。谷深就是強鍵,谷淺就是弱鍵。這一個數字,默默預測了材料相當大一部分的行為。
它通常以每莫耳鍵的千焦耳(kJ/mol),或每個鍵的電子伏特來表示。主鍵很強:離子鍵與共價鍵大約從 100 到超過 1000 kJ/mol,金屬鍵約 100 到 850 kJ/mol。次鍵相形之下微弱:凡得瓦力只有數個到約 10 kJ/mol,氫鍵最多約 50 kJ/mol。這上千倍的跨度,正是為什麼鍵結型態的選擇主宰了往後的一切。
鍵能之所以值得單獨列一條,在於它的預測力。鍵能愈大,熔點愈高(需要更多熱能才能把原子晃鬆)、彈性模數愈高(更硬地抵抗被拉離 r0)、熱膨脹係數愈小(更深、更對稱的谷受熱時位移更少)。所以擁有巨大共價鍵能的鑽石,是尋常固體中出了名最硬、熔點最高、膨脹最少的;而一種只靠微弱次鍵維繫鏈間的蠟狀高分子,則柔軟到能在你手心融化。
氯化鈉的離子鍵能約 640 kJ/mol,熔點 801 度 C;典型的凡得瓦固體只靠幾個 kJ/mol 維繫,熔點遠低於室溫。鍵能之比(數百對數個)直接反映為熔點之比。
鍵能愈大→熔點愈高、剛度愈大。
鍵能決定剛度與熔點,但不決定強度。真實晶體在遠低於其鍵理論所能承受的應力下就會破壞,因為缺陷(尤其是差排)讓原子早在所有鍵必須同時斷裂之前,就彼此滑過。強鍵與高強度有關,卻不是同一回事。
又稱
另見