Metalowe połączenie. Nieruchomości wiązanie metaliczne.
Wiązanie metaliczne to wiązanie chemiczne spowodowane obecnością stosunkowo swobodnych elektronów. Jest to typowe zarówno dla czystych metali, jak i ich stopów oraz związków międzymetalicznych.
Metalowy mechanizm wiązania
Dodatnie jony metali znajdują się we wszystkich węzłach sieci krystalicznej. Między nimi losowo, jak cząsteczki gazu, poruszają się elektrony walencyjne, odczepione od atomów podczas tworzenia jonów. Elektrony te pełnią rolę cementu, utrzymując razem jony dodatnie; w przeciwnym razie sieć rozpadłaby się pod działaniem sił odpychających między jonami. Jednocześnie elektrony są również utrzymywane przez jony w sieci krystalicznej i nie mogą jej opuścić. Siły komunikacyjne nie są zlokalizowane i nie są kierowane. Z tego powodu w większości przypadków pojawiają się wysokie liczby koordynacyjne (np. 12 lub 8). Kiedy dwa atomy metalu zbliżają się do siebie, ich orbitale zewnętrznej powłoki zachodzą na siebie, tworząc orbitale molekularne. Jeśli pojawi się trzeci atom, jego orbital pokrywa się z orbitalami pierwszych dwóch atomów, dając jeszcze jeden orbital molekularny. Kiedy jest wiele atomów, istnieje ogromna liczba trójwymiarowych orbitali molekularnych, które rozciągają się we wszystkich kierunkach. Ze względu na wielokrotne nakładanie się orbitali, na elektrony walencyjne każdego atomu wpływa wiele atomów.
Charakterystyczne sieci krystaliczne
Większość metali tworzy jedną z następujących wysoce symetrycznych, gęsto upakowanych sieci: sześcienna wyśrodkowana na ciele, sześcienna wyśrodkowana na twarzy i sześciokątna.
W sześciennej sieci skupionej wokół ciała (bcc) atomy znajdują się na wierzchołkach sześcianu, a jeden atom znajduje się w środku objętości sześcianu. Metale mają sześcienną sieć skupioną wokół ciała: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba itp.
W sieci sześciennej wyśrodkowanej na ścianie (fcc) atomy znajdują się na wierzchołkach sześcianu i na środku każdej ściany. Metale tego typu mają siatkę: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co itp.
W siatce sześciokątnej atomy znajdują się w wierzchołkach i środku sześciokątnych podstaw pryzmatu, a trzy atomy znajdują się w środkowej płaszczyźnie pryzmatu. Metale mają takie upakowanie atomów: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca itp.
Inne właściwości
Swobodnie poruszające się elektrony powodują wysoką przewodność elektryczną i cieplną. Substancje z wiązaniem metalicznym często łączą siłę z ciągliwością, ponieważ gdy atomy są przesunięte względem siebie, wiązania nie pękają. Również ważna własność to aromatyczność metaliczna.
Metale dobrze przewodzą ciepło i elektryczność, są wystarczająco mocne, można je odkształcać bez pękania. Niektóre metale są plastyczne (można je kuć), inne są plastyczne (można je wciągnąć w drut). Te wyjątkowe właściwości tłumaczy specjalny rodzaj wiązania chemicznego, które łączy ze sobą atomy metalu - wiązanie metaliczne.
Metale w stanie stałym istnieją w postaci kryształów jonów dodatnich, jakby „unosiły się” w morzu swobodnie poruszających się między nimi elektronów.
Wiązanie metaliczne wyjaśnia właściwości metali, w szczególności ich wytrzymałość. Pod działaniem siły deformującej metalowa siatka może zmieniać swój kształt bez pękania, w przeciwieństwie do kryształów jonowych.
Wysokie przewodnictwo cieplne metali tłumaczy się tym, że jeśli kawałek metalu zostanie podgrzany z jednej strony, wówczas energia kinetyczna elektronów wzrośnie. Ten wzrost energii będzie rozprzestrzeniał się w „elektronicznym morzu” w całej próbce z dużą prędkością.
Wyraźna staje się również przewodność elektryczna metali. Jeśli do końców próbki metalu przyłożona zostanie różnica potencjałów, chmura zdelokalizowanych elektronów przesunie się w kierunku potencjału dodatniego: ten przepływ elektronów poruszających się w tym samym kierunku jest znany Elektryczność.
Metalowe połączenie. Właściwości wiązania metalicznego. - koncepcja i rodzaje. Klasyfikacja i cechy kategorii „Wiązanie metali. Właściwości wiązania metali”. 2017, 2018.
Pomiędzy atomami w krysztale metalu powstaje wiązanie metaliczne, powstające w wyniku nakładania się elektronów walencyjnych. Czym więc jest ten rodzaj wiązania iw jakich związkach jest obecny?
Metaliczne wiązanie chemiczne istnieje w krysztale metalu iw ciekłym stanie stopionym. Tworzą ją pierwiastki, których atomy na zewnętrznym poziomie mają niewiele elektronów (1-3) w porównaniu z całkowitą liczbą zewnętrznych, bliskich energetycznie orbitali.
Ryż. 1. Schemat powstawania wiązania metalicznego.
Ze względu na niską energię jonizacji elektrony walencyjne są słabo zatrzymywane w atomie. Tak więc atom sodu ma 9 wolnych i bliskich energetycznie orbitali na elektron walencyjny (3S 1) (jeden 3s, trzy 3p i pięć 3d).
Ze względu na niską wartość energii jonizacji, elektron walencyjny jest słabo zatrzymywany i porusza się swobodnie nie tylko w obrębie swoich 9 wolnych orbitali, ale z gęstym upakowaniem w krysztale i na wolnych orbitalach innych atomów, tworząc połączenie.
Wiązanie chemiczne jest silnie zdelokalizowane: elektrony są uspołecznione („gaz elektronowy”) i poruszają się po kawałku metalu, który jest ogólnie obojętny elektrycznie, pomiędzy dodatnio naładowanymi jonami.
Swobodny ruch elektronów przez kryształ wyjaśnia niekierunkowość i nienasycenie wiązania, a także takie właściwości fizyczne metali jak plastyczność, blask, przewodnictwo elektryczne i cieplne.
Ryż. 2. Właściwości metalicznego wiązania chemicznego.
Metale prawie zawsze tworzą wysoce symetryczne sieci z blisko rozmieszczonymi atomami. Istnieją trzy rodzaje sieci krystalicznych:
Ryż. 3. Sześcienna sieć krystaliczna skupiona na twarzy.
Ten rodzaj sieci krystalicznej posiadają następujące metale: magnez, kadm, ren, osm, ruten, beryl i wiele innych.
Wiązanie metaliczne ma podobny charakter do wiązania kowalencyjnego, ale różni się od niego tym, że uspołecznienie elektronów podczas jego tworzenia jest realizowane przez wiele atomów jednocześnie. W tym artykule zdefiniowano pojęcie „wiązania metalicznego”, a także przykłady metalicznego wiązania chemicznego.
PODCZAS ZAJĘĆ
Zidentyfikuj elementy, które znajdują się w niewłaściwej „kolejce”. Dlaczego?
Ca Fe P K Al Mg Na
Jakie elementy ze stołu Mendelejew zwane metalami?
Dziś dowiemy się, jakie właściwości mają metale i jak zależą one od wiązania, jakie tworzy się między jonami metali.
Najpierw zapamiętajmy lokalizacje metali w układzie okresowym?
Metale, jak wszyscy wiemy, zwykle nie istnieją w postaci izolowanych atomów, ale w postaci kawałka, wlewka lub produktu metalowego. Dowiedzmy się, co zbiera atomy metalu w integralnej objętości.
W przykładzie widzimy kawałek złota. A tak przy okazji, złoto to wyjątkowy metal. Wykuwając czyste złoto możesz wykonać folię o grubości 0,002 mm! taki najmniejszy arkusz folii jest prawie przezroczysty i ma zielony odcień lumen. W rezultacie ze złotej sztabki wielkości pudełka zapałek można uzyskać cienką folię, która pokryje obszar kortu tenisowego.
Pod względem chemicznym wszystkie metale charakteryzują się łatwością oddawania elektronów walencyjnych, a co za tym idzie powstawaniem dodatnio naładowanych jonów i wykazują tylko dodatnie utlenianie. Dlatego metale w stanie wolnym są czynnikami redukującymi. wspólna cecha atomy metali są duże rozmiary w stosunku do niemetali. Zewnętrzne elektrony są w długie dystanse z jądra i dlatego są z nim słabo połączone, dlatego łatwo się odrywają.
Atomy o większej liczbie metali na poziomie zewnętrznym mają niewielką liczbę elektronów - 1,2,3. Elektrony te łatwo się odłączają, a atomy metalu stają się jonami.
Me0 – n ē ⇆ Mężczyźni+
atomy metali - elektrony zewnętrzne. orbity ⇆ jony metali
Tak więc oderwane elektrony mogą przemieszczać się od jednego jonu do drugiego, to znaczy stają się wolne i niejako łącząc je w jedną całość.Okazuje się zatem, że wszystkie oderwane elektrony są wspólne, ponieważ nie można zrozumieć, który elektron należy do którego z atomów metalu.
Elektrony mogą łączyć się z kationami, wtedy chwilowo tworzą się atomy, z których elektrony są następnie odrywane. Ten proces trwa i trwa bez przerwy. Okazuje się, że większość atomów metalu jest w sposób ciągły przekształcana w jony i odwrotnie. W tym przypadku niewielka liczba zwykłych elektronów wiąże dużą liczbę atomów i jonów metali. Ale ważne jest, aby liczba elektronów w metalu była równa całkowitemu ładunkowi jonów dodatnich, to znaczy okazuje się, że ogólnie metal pozostaje elektrycznie obojętny.
Taki proces jest przedstawiony jako model - jony metali znajdują się w chmurze elektronów. Taka chmura elektronów nazywana jest „gazem elektronowym”.
Tutaj, na przykład, na tym zdjęciu widzimy, jak elektrony poruszają się wśród nieruchomych jonów wewnątrz sieci krystalicznej metalu. 
Ryż. 2. Ruch elektronów
Aby lepiej zrozumieć, czym jest gaz elektronowy i jak się zachowuje w reakcje chemiczne zobacz różne metale ciekawe wideo. (w tym filmie złoto jest określane tylko jako kolor!)
Teraz możemy zapisać definicję: wiązanie metaliczne to wiązanie w metalach między atomami i jonami, powstałe w wyniku socjalizacji elektronów.
Porównajmy wszystkie rodzaje połączeń, które znamy i napraw je, aby lepiej je rozróżnić, w tym celu obejrzymy wideo.
Wiązanie metaliczne występuje nie tylko w czystych metalach, ale jest również charakterystyczne dla mieszanin różnych metali, stopów w różnych stanach skupienia.
Wiązanie metaliczne jest ważne i determinuje podstawowe właściwości metali
- przewodnictwo elektryczne - losowy ruch elektronów w objętości metalu. Ale z niewielką różnicą potencjałów, aby elektrony poruszały się w uporządkowany sposób. Metale o najlepszej przewodności to Ag, Cu, Au, Al.
- plastyczność
Wiązania między warstwami metalu nie są zbyt duże, co pozwala na przesuwanie warstw pod obciążeniem (odkształcanie metalu bez jego łamania). Najlepsze metale odkształcalne (miękkie) Au, Ag, Cu.
- metaliczny połysk
Gaz elektronowy odbija prawie wszystkie promienie świetlne. To dlatego czyste metale tak mocno błyszczą i najczęściej mają szary lub biały kolor. Metale, które najlepiej odbijają światło Ag, Cu, Al, Pd, Hg
Ćwiczenie 1
Wybierz formuły substancji, które mają
a) kowalencyjne wiązanie polarne: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
b) z wiązaniem jonowym: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
Ćwiczenie 2
Usuń nadmiar:
a) CuCl2, Al, MgS
b) N2, HCl, O2
c) Ca, CO2, Fe
d) MgCl2, NH3, H2
Metaliczny sód, lit i inne metale alkaliczne zmieniają kolor płomienia. Metaliczny lit i jego sole nadają ogniu czerwony kolor, sód metaliczny i sole sodowe żółty, potas metaliczny i jego sole fioletowe, rubid i cez również fioletowe, ale jaśniejsze.
Ryż. 4. Kawałek metalicznego litu 
Ryż. 5. Barwienie płomienia metalami
Lit (Li). Metaliczny lit, podobnie jak metaliczny sód, jest metalem alkalicznym. Oba rozpuszczają się w wodzie. Sód rozpuszcza się w wodzie, tworząc wodorotlenek sodu, bardzo mocny kwas. Kiedy metale alkaliczne rozpuszczają się w wodzie, uwalniane jest dużo ciepła i gazu (wodór). Wskazane jest, aby nie dotykać takich metali rękami, ponieważ można się poparzyć.
1. Lekcja na temat „Metalowe wiązanie chemiczne”, nauczyciel chemii Tukhta Valentina Anatolyevna MOU „Szkoła średnia Esenovichskaya”
2. F. A. Derkach "Chemia", - podręcznik naukowy i metodologiczny. - Kijów, 2008.
3. L.B. Tsvetkova ” Chemia nieorganiczna» - Wydanie II, poprawione i powiększone. – Lwów, 2006.
4. V. V. Malinowski, P. G. Nagorny "Chemia nieorganiczna" - Kijów, 2009.
5. Glinka N.L. chemia ogólna. - 27 ed. / Under. wyd. V.A. Rabinowicz. - L.: Chemia, 2008. - 704 strony.
Zredagowane i wysłane przez Lisnyaka A.V.
Pracował na lekcji:
Tuchta V.A.
Lisnyak A.V.
Zadaj pytanie na temat nowoczesna edukacja, wyrazić pomysł lub rozwiązać pilny problem, możesz Forum Edukacji gdzie rada edukacyjna świeżej myśli i działania spotyka się na arenie międzynarodowej. Po utworzeniu blog, klasa chemii 8
Dowiedziałeś się, w jaki sposób atomy pierwiastków metalowych i niemetalowych oddziałują ze sobą (elektrony przechodzą od pierwszego do drugiego), a także atomy pierwiastków niemetalowych ze sobą (niesparowane elektrony zewnętrznych warstw elektronowych ich atomów łączą się na wspólne pary elektronów). Teraz zapoznamy się z tym, jak atomy pierwiastków metalowych oddziałują ze sobą. Metale zwykle nie istnieją jako izolowane atomy, ale jako sztabka lub kawałek metalu. Co łączy atomy metali?
Atomy większości pierwiastków metalowych na poziomie zewnętrznym zawierają niewielką liczbę elektronów - 1, 2, 3. Elektrony te łatwo się odłączają, a atomy zamieniają się w jony dodatnie. Oderwane elektrony przemieszczają się od jednego jonu do drugiego, wiążąc je w jedną całość.
Po prostu niemożliwe jest ustalenie, który elektron należał do którego atomu. Wszystkie oderwane elektrony stały się powszechne. Łącząc się z jonami, elektrony te tymczasowo tworzą atomy, a następnie ponownie odrywają się i łączą z innym jonem itp. Proces zachodzi w nieskończoność, co można przedstawić za pomocą diagramu:
W konsekwencji w objętości metalu atomy są w sposób ciągły przekształcane w jony i odwrotnie. Nazywane są jonami atomowymi.
Rysunek 41 przedstawia schematycznie strukturę fragmentu metalicznego sodu. Każdy atom sodu jest otoczony ośmioma sąsiednimi atomami.
Ryż. 41.
Schemat budowy fragmentu krystalicznego sodu
Oderwane elektrony zewnętrzne przemieszczają się swobodnie od jednego utworzonego jonu do drugiego, łącząc jakby sklejając jonowy szkielet sodu w jeden gigantyczny kryształ metalu (ryc. 42).
Ryż. 42.
Schemat metalicznego wiązania
Wiązanie metaliczne ma pewne podobieństwa do wiązania kowalencyjnego, ponieważ opiera się na socjalizacji elektronów zewnętrznych. Jednak w tworzeniu wiązania kowalencyjnego zewnętrzne niesparowane elektrony tylko dwóch sąsiednich atomów są uspołecznione, podczas gdy w tworzeniu wiązania metalicznego wszystkie atomy uczestniczą w uspołecznieniu tych elektronów. Dlatego kryształy z wiązaniem kowalencyjnym są kruche, podczas gdy te z wiązaniem metalicznym są z reguły plastyczne, przewodzące elektryczność i mają metaliczny połysk.
Rysunek 43 przedstawia starożytną złotą figurkę jelenia, która ma już ponad 3,5 tysiąca lat, ale nie straciła szlachetnego metalicznego połysku, charakterystycznego dla złota - tego najbardziej plastycznego z metali.
Ryż. 43. Złoty jeleń. VI wiek pne mi.
Wiązanie metaliczne jest charakterystyczne zarówno dla czystych metali, jak i mieszanin różnych metali - stopów znajdujących się w stanie stałym i ciekłym. Jednak w stanie pary atomy metalu są połączone wiązaniem kowalencyjnym (na przykład lampy o żółtym świetle są wypełnione parą sodu, aby oświetlić ulice dużych miast). Pary metali składają się z pojedynczych cząsteczek (jednoatomowych i dwuatomowych).
Kwestia wiązań chemicznych jest centralnym pytaniem nauki o chemii. Zapoznałeś się z początkowymi pomysłami dotyczącymi rodzajów wiązań chemicznych. W przyszłości dowiesz się wielu ciekawych rzeczy o naturze wiązania chemicznego. Na przykład, że w większości metali oprócz wiązania metalicznego występuje również wiązanie kowalencyjne, że istnieją inne rodzaje wiązań chemicznych.
Słowa kluczowe i frazy
Praca z komputerem
Pytania i zadania
Wiązanie jonowe
(wykorzystano materiały ze strony http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)
Wiązanie jonowe odbywa się przez przyciąganie elektrostatyczne pomiędzy przeciwnie naładowanymi jonami. Jony te powstają w wyniku przenoszenia elektronów z jednego atomu na drugi. Wiązanie jonowe powstaje między atomami, które mają duże różnice w elektroujemności (zwykle większe niż 1,7 w skali Paulinga), na przykład między metalami alkalicznymi i halogenami.
Rozważmy pojawienie się wiązania jonowego na przykładzie powstawania NaCl.
Z elektronicznych wzorów atomów
Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 i
Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
Widać, że aby ukończyć poziom zewnętrzny, atomowi sodu łatwiej jest oddać jeden elektron niż dodać siedem, a atomowi chloru łatwiej dodać jeden niż zrezygnować z siedmiu. W reakcjach chemicznych atom sodu oddaje jeden elektron, a atom chloru go przyjmuje. W rezultacie powłoki elektronowe atomów sodu i chloru przekształcają się w stabilne powłoki elektronowe gazów szlachetnych (konfiguracja elektronowa kationu sodu
Na + 1s 2 2s 2 2p 6 ,
i elektroniczna konfiguracja anionu chloru
Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).
Oddziaływanie elektrostatyczne jonów prowadzi do powstania cząsteczki NaCl.
Charakter wiązania chemicznego często odzwierciedla stan skupienia i właściwości fizyczne substancji. Związki jonowe, takie jak chlorek sodu NaCl, są stałe i ogniotrwałe, ponieważ między ładunkami ich jonów „+” i „-” działają silne siły przyciągania elektrostatycznego.
Ujemnie naładowany jon chlorkowy przyciąga nie tylko „swój” jon Na +, ale także inne jony sodu wokół siebie. Prowadzi to do tego, że w pobliżu któregokolwiek z jonów nie ma jednego jonu o przeciwnym znaku, ale kilka.
Struktura kryształu chlorku sodu NaCl.
W rzeczywistości jest 6 jonów sodu wokół każdego jonu chlorkowego i 6 jonów chlorkowych wokół każdego jonu sodu. Takie uporządkowane upakowanie jonów nazywamy kryształem jonowym. Jeśli w krysztale wyizoluje się oddzielny atom chloru, to wśród otaczających go atomów sodu nie można już znaleźć tego, z którym reagował chlor.
Przyciągane do siebie siły elektrostatyczne jony bardzo niechętnie zmieniają swoje położenie pod wpływem siły zewnętrznej lub wzrostu temperatury. Ale jeśli chlorek sodu topi się i nadal jest ogrzewany w próżni, to odparowuje, tworząc dwuatomowe cząsteczki NaCl. Sugeruje to, że kowalencyjne siły wiązania nigdy nie są całkowicie wyłączone.
Główne cechy wiązania jonowego i właściwości związków jonowych
1. Wiązanie jonowe to silne wiązanie chemiczne. Energia tego wiązania wynosi około 300 – 700 kJ/mol.
2. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie jonowe jest bezkierunkowy, ponieważ jon może przyciągać do siebie jony o przeciwnym znaku w dowolnym kierunku.
3. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie jonowe jest nienasycone, ponieważ oddziaływanie jonów o przeciwnym znaku nie prowadzi do całkowitej wzajemnej kompensacji ich pól siłowych.
4. W procesie tworzenia cząsteczek z wiązaniem jonowym nie ma całkowitego przeniesienia elektronów, dlatego w przyrodzie nie istnieje 100% wiązanie jonowe. W cząsteczce NaCl wiązanie chemiczne jest tylko w 80% jonowe.
5. Związki jonowe są stałe substancje krystaliczne o wysokich temperaturach topnienia i wrzenia.
6. Większość związków jonowych rozpuszcza się w wodzie. Roztwory i stopione związki jonowe przewodzą prąd elektryczny.
metalowe połączenie
Kryształy metalu są ułożone inaczej. Jeśli weźmiesz pod uwagę kawałek metalicznego sodu, przekonasz się, że na zewnątrz bardzo różni się on od soli kuchennej. Sód jest metalem miękkim, łatwo ciętym nożem, spłaszczonym młotkiem, łatwo topi się w kubku na lampie spirytusowej (temperatura topnienia 97,8 o C). W krysztale sodu każdy atom jest otoczony ośmioma innymi podobnymi atomami.
Struktura kryształu metalicznego Na.
Z rysunku widać, że atom Na w środku sześcianu ma 8 najbliższych sąsiadów. Ale to samo można powiedzieć o każdym innym atomie w krysztale, ponieważ wszystkie są takie same. Kryształ składa się z "nieskończenie" powtarzających się fragmentów pokazanych na tym obrazku.
Atomy metalu na zewnątrz poziom energii zawierają niewielką liczbę elektronów walencyjnych. Ponieważ energia jonizacji atomów metali jest niska, elektrony walencyjne są słabo zatrzymywane w tych atomach. W rezultacie w sieci krystalicznej metali pojawiają się dodatnio naładowane jony i wolne elektrony. W tym przypadku kationy metali znajdują się w węzłach sieci krystalicznej, a elektrony poruszają się swobodnie w polu dodatnich centrów, tworząc tak zwany „gaz elektronowy”.
Obecność ujemnie naładowanego elektronu między dwoma kationami prowadzi do tego, że każdy kation oddziałuje z tym elektronem.
W ten sposób, wiązanie metaliczne to wiązanie między dodatnimi jonami w kryształach metalu, które jest realizowane przez przyciąganie elektronów poruszających się swobodnie po krysztale.
Ponieważ elektrony walencyjne w metalu są równomiernie rozmieszczone w krysztale, wiązanie metaliczne, podobnie jak jonowe, jest wiązaniem nieskierowanym. W przeciwieństwie do wiązania kowalencyjnego, wiązanie metaliczne jest wiązaniem nienasyconym. Wiązanie metaliczne różni się również od wiązania kowalencyjnego siłą. Energia wiązania metalicznego jest około trzy do czterech razy mniejsza niż energia wiązania kowalencyjnego.
Ze względu na dużą ruchliwość gazu elektronowego metale charakteryzują się wysoką przewodnością elektryczną i cieplną.
Kryształ metalu wygląda dość prosto, ale jego struktura elektronowa jest w rzeczywistości bardziej złożona niż kryształów soli jonowych. Na zewnętrznej powłoce elektronowej pierwiastków metalowych nie ma wystarczającej liczby elektronów, aby utworzyć pełnowartościowe „oktetowe” wiązanie kowalencyjne lub jonowe. Dlatego w stanie gazowym większość metali składa się z cząsteczek jednoatomowych (tj. pojedynczych, niepowiązanych atomów). Typowym przykładem są pary rtęci. Tak więc metaliczne wiązanie między atomami metalu występuje tylko w ciekłym i stałym stanie skupienia.
Wiązanie metaliczne można opisać następująco: niektóre atomy metalu w powstałym krysztale oddają swoje elektrony walencyjne przestrzeni między atomami (w sodzie jest to… 3s1), zamieniając się w jony. Ponieważ wszystkie atomy metalu w krysztale są takie same, każdy z nich ma równe szanse na utratę elektronu walencyjnego.
Innymi słowy, przejście elektronów między obojętnymi i zjonizowanymi atomami metalu następuje bez zużycia energii. W tym przypadku część elektronów zawsze trafia w przestrzeń między atomami w postaci „gazu elektronowego”.
Te wolne elektrony, po pierwsze, utrzymują atomy metalu w pewnej odległości równowagowej od siebie.
Po drugie, nadają metalom charakterystyczny „metaliczny połysk” (wolne elektrony mogą oddziaływać z kwantami światła).
Po trzecie, wolne elektrony zapewniają metalom dobrą przewodność elektryczną. Wysokie przewodnictwo cieplne metali tłumaczy się również obecnością wolnych elektronów w przestrzeni międzyatomowej – łatwo „reagują” na zmiany energii i przyczyniają się do jej szybkiego transferu w krysztale.
Uproszczony model struktura elektroniczna metalowy kryształ.
******** Na przykładzie metalicznego sodu rozważmy naturę wiązania metalicznego z punktu widzenia idei orbitali atomowych. Atom sodu, podobnie jak wiele innych metali, ma brak elektronów walencyjnych, ale istnieją wolne orbitale walencyjne. Jedyny 3-s elektron sodu jest w stanie przemieścić się na dowolny z wolnych i bliskich w energii orbitali sąsiednich. Kiedy atomy w krysztale zbliżają się do siebie, zewnętrzne orbitale sąsiednich atomów nakładają się na siebie, dzięki czemu oddane elektrony poruszają się swobodnie po krysztale.
Jednak „gaz elektronowy” wcale nie jest nieuporządkowany, jak mogłoby się wydawać. Swobodne elektrony w krysztale metalu znajdują się na nakładających się orbitalach i są w pewnym stopniu uspołecznione, tworząc rodzaj wiązań kowalencyjnych. Sód, potas, rubid i inne metalowe s-elementy jest po prostu niewiele uspołecznionych elektronów, więc ich kryształy są kruche i topliwe. Wraz ze wzrostem liczby elektronów walencyjnych z reguły wzrasta wytrzymałość metali.
Tak więc pierwiastki mają tendencję do tworzenia wiązania metalicznego, którego atomy na zewnętrznych powłokach mają niewiele elektronów walencyjnych. Te elektrony walencyjne, które przenoszą wiązanie metaliczne, są uspołecznione do tego stopnia, że mogą poruszać się w całym krysztale metalu i zapewniają wysoką przewodność elektryczną metalu.
Kryształ NaCl nie przewodzi elektryczności, ponieważ w przestrzeni między jonami nie ma wolnych elektronów. Wszystkie elektrony oddane przez atomy sodu mocno trzymają wokół siebie jony chlorkowe. Jest to jedna z zasadniczych różnic między kryształami jonowymi a metalicznymi.
To, co teraz wiesz o wiązaniu metalicznym, wyjaśnia również wysoką ciągliwość (ciągliwość) większości metali. Metal można spłaszczyć w cienki arkusz, wciągnąć w drut. Faktem jest, że oddzielne warstwy atomów w krysztale metalu mogą stosunkowo łatwo przesuwać się jedna po drugiej: ruchliwy „gaz elektronowy” nieustannie zmiękcza ruch poszczególnych jonów dodatnich, osłaniając je przed sobą.
Oczywiście nic takiego nie da się zrobić sól kuchenna, chociaż sól jest również substancją krystaliczną. W kryształach jonowych elektrony walencyjne są mocno związane z jądrem atomu. Przesunięcie jednej warstwy jonów względem drugiej prowadzi do zbieżności jonów o tym samym ładunku i powoduje silne odpychanie między nimi, co skutkuje zniszczeniem kryształu (NaCl jest substancją kruchą).
Przesunięcie warstw kryształu jonowego powoduje pojawienie się dużych sił odpychania między podobnymi jonami i zniszczenie kryształu.
