二、原子分布

原子構(gòu)成物質(zhì)是通過(guò)原子分布和原子之間作用力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。我們周?chē)^大多數(shù)的物質(zhì)是通過(guò)大量原子構(gòu)成的，人們將它們之間的連接稱為原子分布或者化學(xué)鍵。化學(xué)鍵將相同的原子或者不同元素之間的原子按照特定的規(guī)則連接在一起。在印前復(fù)制過(guò)程所使用的感光膠片片基就是一種合成材料，然而在印后裝訂過(guò)程中同樣涉及新型的這種類(lèi)型的合成材料，所有的合成材料同樣是由原子或者分子以特定的化學(xué)鍵組合而成。

在化學(xué)上幾乎所有合成材料的結(jié)構(gòu)都近似相同，然而在物理上它們卻有明顯的差異，人們不禁要問(wèn)：為什么膠片片基和合成材料印版在化學(xué)結(jié)構(gòu)上近似，而在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出如此的差異呢？經(jīng)過(guò)多年研究，人們已經(jīng)找到這個(gè)問(wèn)題的答案或者說(shuō)近似答案，那就是原子之間是以何種原子分布而存在？這種化學(xué)連接中表現(xiàn)出何種作用力？

1．原子之間的作用力

許多固體是以晶體的形式存在的。晶體有些很大，結(jié)構(gòu)上很容易認(rèn)識(shí)，如在所有印刷中普遍使用的光敏性拷貝紙——橙色的重鉻酸鉀晶體在干燥條件下是明顯可見(jiàn)的；有些又很小，必須借助于電子顯微鏡才能看見(jiàn)，構(gòu)成齒輪和印刷設(shè)備其他部件的金屬鐵只能在顯微鏡下才能看見(jiàn)晶體結(jié)構(gòu)。構(gòu)成晶體的原子之間的作用力可以劃分為三種類(lèi)型。

（1）離子鍵

離子鍵是原子得失電子后生成的正負(fù)離子之間靠靜電作用而形成的化學(xué)鍵（見(jiàn)圖3-1）。離子鍵的本質(zhì)是靜電作用。由于靜電引力沒(méi)有方向性，正負(fù)離子之間的作用可在任何方向上，表現(xiàn)為離子鍵沒(méi)有方向性。離子晶體是由正負(fù)離子按照特定的順序排列而成，只要條件允許，陽(yáng)離子周?chē)梢员M可能多地吸引陰離子，反之亦然，故離子鍵沒(méi)有飽和性。離子晶體具有很高的硬度和強(qiáng)度，因此不具有可變形的特點(diǎn)。酸、堿、鹽一般都是由離子構(gòu)成的，離子晶體在印刷技術(shù)中有很多應(yīng)用，譬如：印版腐蝕制版、凹版滾筒電鍍過(guò)程以及膠印過(guò)程中水墨平衡過(guò)程。

（2）金屬鍵

由金屬陽(yáng)離子與自由電子通過(guò)金屬鍵構(gòu)成的晶體，其本質(zhì)是一種電性作用。在金屬晶體中，自由電子做穿梭運(yùn)動(dòng)，它不專(zhuān)屬于某個(gè)金屬離子而為整個(gè)金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬離子相互作用，從而形成某種結(jié)合，這種作用稱為金屬鍵（見(jiàn)圖3-2）。由于金屬中只有少數(shù)價(jià)電子能用于成鍵，金屬在形成晶體時(shí)，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個(gè)原子都有盡可能多的相鄰原子，這樣，電子能級(jí)可以得到盡可能多的重疊，從而形成金屬鍵。

金屬有很好的變形性能、導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能，在印刷設(shè)備中金屬和金屬合金是不可缺少的，因?yàn)樗鼈兒苋菀字圃斐刹煌脑O(shè)備部件，譬如：印刷機(jī)的滾筒、齒輪或者印版。

（3）共價(jià)鍵

許多物質(zhì)在常溫下是液體狀態(tài)或者氣體狀態(tài)，這類(lèi)物質(zhì)原子之間作用力大多是共價(jià)鍵，共價(jià)鍵是原子間通過(guò)共用電子對(duì)（電子云重疊）而形成的化學(xué)鍵。形成重疊電子云的電子在所有成鍵的原子周?chē)\(yùn)動(dòng)。一個(gè)原子有幾個(gè)未成對(duì)電子，便可以和幾個(gè)自旋方向相反的電子配對(duì)成鍵，共價(jià)鍵飽和性的產(chǎn)生是由于電子云重疊（電子配對(duì)）時(shí)仍然遵循包利不相容原理。電子云重疊只能在一定的方向上發(fā)生重疊。共價(jià)鍵方向性的產(chǎn)生是由于形成共價(jià)鍵時(shí)，電子云重疊的區(qū)域越大，形成的共價(jià)鍵越穩(wěn)定，所以，形成共價(jià)鍵時(shí)總是沿著電子云重疊程度最大的方向形成，共價(jià)鍵有飽和性和方向性。在印刷行業(yè)中液體扮演著一個(gè)重要角色，譬如，在膠印、凹印和絲印中溶劑在常溫下都是一些液體材料。

2．分子間作用力的種類(lèi)

分子間作用力按其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)是一種電場(chǎng)力，因此考察分子間作用力的起源就得研究物質(zhì)分子的電性及分子結(jié)構(gòu)。分子間作用力可以分為以下三種。

（1）取向力

取向力發(fā)生在極性分子與極性分子之間。由于極性分子的電性分布不均勻，一端帶正電，一端帶負(fù)電，形成電偶極子。因此，當(dāng)兩個(gè)極性分子相互接近時(shí)，由于它們偶極的同性相斥，異性相吸，兩個(gè)分子必將發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種偶極子的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得偶極子相反的極相對(duì)，叫做“取向”。這時(shí)由于相反的極相距較近，同極相距較遠(yuǎn)，結(jié)果引力大于斥力，使兩個(gè)原子靠近，當(dāng)接近到一定距離時(shí)，斥力與引力達(dá)到相對(duì)平衡。這種由于極性分子的取向而產(chǎn)生的分子間的作用力，叫做取向力。

（2）誘導(dǎo)力

在極性分子和非極性分子之間以及極性分子和極性分子之間都存在誘導(dǎo)力。在極性分子和非極性分子之間，由于極性分子偶極所產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)非極性分子產(chǎn)生影響，使非極性分子電子云變形（即電子云被吸向極性分子偶極的正電的一極），結(jié)果使非極性分子的電子云與原子核發(fā)生相對(duì)位移，本來(lái)非極性分子中的正、負(fù)電荷重心是重合的，相對(duì)位移后就不再重合，使非極性分子產(chǎn)生了偶極。這種電荷重心的相對(duì)位移叫做“變形”，因變形而產(chǎn)生的偶極，叫做誘導(dǎo)偶極，以區(qū)別于極性分子中原有的固有偶極。誘導(dǎo)偶極和固有偶極就相互吸引，這種由于誘導(dǎo)偶極而產(chǎn)生的作用力，叫做誘導(dǎo)力。

同樣，在極性分子和極性分子之間，除了取向力外，由于極性分子的相互影響，每個(gè)分子也會(huì)發(fā)生變形，產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極。其結(jié)果使分子的偶極矩增大，既具有取向力又具有誘導(dǎo)力。在陽(yáng)離子和陰離子之間也會(huì)出現(xiàn)誘導(dǎo)力。

（3）色散力

非極性分子之間也有相互作用。粗略來(lái)看，非極性分子不具有偶極，它們之間似乎不會(huì)產(chǎn)生引力，然而事實(shí)上卻非如此。例如，某些由非極性分子組成的物質(zhì)，如苯在室溫下是液體，碘、萘是固體；又如在低溫下，N2、O2、H2和稀有氣體等都能凝結(jié)為液體甚至固體。這些都說(shuō)明非極性分子之間也存在著分子間的引力。當(dāng)非極性分子相互接近時(shí)，由于每個(gè)分子的電子不斷運(yùn)動(dòng)和原子核的不斷振動(dòng)，經(jīng)常發(fā)生電子云和原子核之間的瞬時(shí)相對(duì)位移，也即正、負(fù)電荷重心發(fā)生了瞬時(shí)的不重合，從而產(chǎn)生瞬時(shí)偶極。而這種瞬時(shí)偶極又會(huì)誘導(dǎo)鄰近分子也產(chǎn)生和它相吸引的瞬時(shí)偶極。雖然，瞬時(shí)偶極存在時(shí)間極短，但上述情況在不斷重復(fù)著，使分子間始終存在著引力，這種力可用量子力學(xué)理論計(jì)算出來(lái)，而其計(jì)算公式與光色散公式相似，因此，把這種力叫做色散力。

綜上所述，分子間作用力的來(lái)源是取向力、誘導(dǎo)力和色散力。一般說(shuō)來(lái)，極性分子與極性分子之間，取向力、誘導(dǎo)力、色散力都存在；極性分子與非極性分子之間，則存在誘導(dǎo)力和色散力；非極性分子與非極性分子之間，則只存在色散力。這三種類(lèi)型的力的比例大小，決定于相互作用分子的極性和變形性。極性越大，取向力的作用越重要；變形性越大，色散力就越重要；誘導(dǎo)力則與這兩種因素都有關(guān)。但對(duì)大多數(shù)分子來(lái)說(shuō)，色散力是主要的。分子間作用力的大小可從作用能反映出來(lái)。