پیش‌نویس:پیوند های جهت دار

پیوند دار مفهومی در شیمی است که بیان‌گر نوعی تمایز در چگونگی توزیع الکترون‌ها در میان دو اتم مرتبط در یک مولکول است. به طور خاص، پیوندها می‌توانند جهت‌دار (یا قطبی) یا غیر جهت‌دار (یا غیرقطبی) باشند.

در زمینه مهندسی علم مواد، ماهیت جهت‌دار یا غیر جهت‌دار بودن پیوندها به خصوصیات ساختاری و الکترونیک سطح اتمی مواد و نحوه تعامل اتم‌ها یا مولکول‌ها در این سطوح اشاره دارد. این خصوصیات می‌توانند بر خواص فیزیکی و مکانیکی مواد تأثیر بگذارند، از قبیل سختی، الاستیسیته، خزش، خستگی و دیگر ویژگی‌های مهم در کاربردهای مهندسی.

• پیوند دار جهت‌دار (قطبی):
  در پیوند دار جهت‌دار، الکترون‌های تشکیل دهنده پیوند به طور نابرابر بین دو اتم تقسیم می‌شوند. این اتفاق معمولاً زمانی رخ می‌دهد که دو اتم دارای الکترونگاتیویته متفاوتی هستند. الکترونگاتیویته نشان دهنده توانایی یک اتم در جذب الکترون‌های پیوند است. یک اتم با الکترونگاتیویته بالاتر الکترون‌ها را بیشتر جذب می‌کند و در نتیجه، پیوند دار میان آن دو اتم جهت‌دار یا قطبی می‌شود. پیوندهای جهت‌دار در مهندسی علم مواد به پیوندهایی اطلاق می‌شود که دانسیته الکترونی در آن‌ها به صورت یکنواخت در تمام طول پیوند توزیع نشده است. به عبارت دیگر، در این نوع پیوندها، یکی از اتم‌های شرکت‌کننده در پیوند قطبی‌تر است و در نتیجه دانسیته الکترونی در آن سمت بیشتر بوده و آن طرف تا حدی منفی و سمت دیگر تا حدی مثبت می‌شود.
  این پیوندها معمولاً در مولکول‌هایی با اتم‌هایی با الکترونگاتیویته متفاوت دیده می‌شوند. برای مثال، در پیوند کووالانسی بین اتم هیدروژن و اکسیژن در مولکول آب (H₂O)، اتم اکسیژن الکترونگاتیوتر است و در نتیجه دانسیته الکترونی بیشتری را به خود جذب می‌کند و سمت اتم اکسیژن کمی منفی‌تر می‌شود.
  پیوندهای جهت‌دار در خواص مواد مهندسی، مانند استحکام، سختی، و خواص الکتریکی، نقش مهمی دارند. برای مثال، در کریستال‌های یونی مانند سدیم کلرید (NaCl)، پیوندهای یونی جهت‌دار باعث تشکیل ساختار کریستالی منظم و استحکام بالای ماده می‌شوند.
  مثال: در مولکول آب (H₂O)، اکسیژن دارای الکترونگاتیویته بالاتری نسبت به هیدروژن است، بنابراین، الکترون‌های پیوندی بیشتر به سمت اکسیژن کشیده می‌شوند که این امر سبب ایجاد یک پیوند قطبی می‌شود.
  در مواد با پیوندهای جهت‌دار، اتم‌ها یا گروه‌های مولکولی با ساختارهای مشخص و جهت‌دار در فضا چیده می‌شوند. این نوع چینش می‌تواند منجر به ایجاد ساختارهای بلوری مشخصی شود که خواص یکسانی در تمام جهات ندارند، بلکه به جهت‌گیری آن‌ها بستگی دارد. یک مثال رایج از مواد با پیوندهای جهت‌دار، سرامیک‌ها هستند که در ساختارهای بلوری آن‌ها پیوندهای یونی یا کووالانسی جهت‌دار وجود دارد.
  در مهندسی مواد و متالورژی، ماهیت جهت‌دار به ترتیب و چیدمان اتم‌ها یا کریستال‌ها در یک ماده معین گفته می‌شود، که می‌تواند خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مواد را به شدت تحت تاثیر قرار دهد. مواد کریستالی به صورت طبیعی دارای چینش جهت‌دار هستند به دلیل الگوی تکرارشونده‌ی ساختار بلوری‌شان. در مقابل، مواد آمورف، چیدمان منظم اتمی ندارند و جهت‌دار نیستند. ماهیت جهت‌دار در متالورژی شامل موارد زیر می‌شود:
  1. تک‌بلورها (Single Crystals):   تک‌بلورها دارای الگوی کریستالی مشخص و یکپارچه در کل حجم ماده هستند و جهت‌گیری آن‌ها می‌تواند خواص مکانیکی مانند سختی و خستگی را تحت تأثیر قرار دهد.
  2. پلی‌کریستال‌ها (Polycrystals):   پلی‌کریستال‌ها از دانه‌های متعدد تک‌بلور تشکیل شده‌اند که هر یک دارای جهت‌گیری بلوری متفاوت است. مرز دانه ها در پلی‌کریستال‌ها نقش مهمی در خواص مکانیکی ماده مانند دانه ریز شدن بازی می‌کنند.
  3. ساختار نانو-بلورین (Nanocrystalline Structures):   مواد با ساختار نانو-بلورین دارای دانه‌های بسیار ریز هستند که می‌توانند باعث تقویت خواص مکانیکی شوند.

پیوند دار غیر جهت‌دار (غیرقطبی):

در مقابل، پیوند دار غیر جهت‌دار زمانی اتفاق می‌افتد که دو اتم دارای الکترونگاتیویته مشابهی باشند و الکترون‌های پیوندی را بین خود به طور مساوی تقسیم کنند.

مثال: در مولکول گاز نیتروژن (N₂)، هر دو اتم نیتروژن دارای الکترونگاتیویته یکسانی هستند و به این ترتیب الکترون‌ها بین آنها به طور مساوی توزیع می‌شوند که باعث پیوند دار غیر قطبی یا غیر جهت‌دار می‌شود.

مواد با پیوندهای غیر جهت‌دار نیز وجود دارند که در آن‌ها اتم‌ها یا مولکول‌ها به گونه‌ای توزیع شده‌اند که تفاوت‌های جهتی مهمی در خواص فیزیکی مواد ایجاد نمی‌کنند. معمولاً، مواد دارای پیوندهای متالیک به عنوان مثال‌هایی از این نوع مواد هستند، زیرا در آن‌ها الکترون‌ها به صورت الکترون‌های آزاد بین اتم‌های فلزی جریان دارند و خواص یکنواختی در تمام جهات دارند.

ماهیت غیر جهت دار پیوند دار در مهندسی مواد و متالورژی، به خواص یک ماده اشاره دارد که به موجب نوع پیوند و ساختار بلوری آن، وابستگی کمی به جهت خاصی دارد. در مواد با پیوندهای غیر جهت دار، الکترون‌ها بین اتم‌ها به شکل نسبتاً یکنواخت توزیع شده‌اند و تمایز قابل توجهی در خواص فیزیکی و شیمیایی در جهت‌های مختلف وجود ندارد.

مثال بارز این دسته از پیوندها در مواد متالی است. در متال‌ها، پیوندهای متالیک که غیر جهت دار هستند سبب می‌شوند که الکترون‌ها (غالباً به عنوان "الکترون‌های دریای متالیک" توصیف می‌شوند) در سرتاسر فلزات به صورت آزاد جریان داشته باشند. این خاصیت موجب سهولت در جریان برق و گرما در فلزات می‌شود و خواص مهم دیگری مانند قابلیت انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر شکل را نیز به همراه دارد.

پیوندهای غیر جهت دار یا غیر قطبی، نوعی از پیوندهای کووالانسی هستند که در آن‌ها الکترون‌های پیوندی به طور مساوی بین دو اتم تقسیم می‌شوند. این اتفاق زمانی رخ می‌دهد که دو اتم دارای الکترونگاتیوی یکسان یا بسیار نزدیک به هم باشند. در نتیجه، هیچ اتمی بار جزئی مثبت یا منفی نخواهد داشت و مولکول به طور کلی خنثی خواهد بود.

برای مثال، مولکول‌هایی مانند H₂، Cl₂، و O₂ دارای پیوندهای کووالانسی غیر قطبی هستند، زیرا هر دو اتم در هر مولکول دارای الکترونگاتیوی یکسانی هستند و الکترون‌ها را به طور مساوی به اشتراک می‌گذارند.

در مقابل، پیوندهای قطبی زمانی تشکیل می‌شوند که دو اتم با الکترونگاتیوی‌های متفاوت با هم پیوند برقرار کنند و الکترون‌ها به طور نامساوی تقسیم شوند، که منجر به ایجاد بارهای جزئی مثبت و منفی در اتم‌ها می‌شود.

• منابع: