МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗКА: СВОЙСТВА, КАК ОБРАЗУЕТСЯ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Металлическая связь является тот , который имеет атомы металлических элементов близко друг к другу. Он присутствует в металлах и определяет все их физические свойства, которые характеризуют их как твердые, пластичные, ковкие материалы и хорошие проводники тепла и электричества.

Из всех химических связей металлическая связь - единственная, где электроны не расположены исключительно между парой атомов, а делокализованы между миллионами из них в виде клея или «моря электронов», которые крепко удерживают их вместе. или связный.

Связка металла меди

Например, представьте металлическую медь. В меди ее атомы Cu отдают свои валентные электроны, образуя металлическую связь. Над этой связью изображены катионы Cu ²⁺ (синие кружки), окруженные электронами (желтые кружки). Электроны не неподвижны: они движутся по кристаллу меди. Однако в металлах мы формально говорим не о катионах, а о нейтральных атомах металлов.

Металлическая связь подтверждается исследованием свойств металлических элементов, а также их сплавов. Они объединяют в себе ряд блестящих, серебряных, жестких, твердых материалов, которые также имеют высокие температуры плавления и кипения.

Как образуется металлическая связь?

Металлическая связка в цинке

Металлическая связь образуется только между одним набором или группой атомов металла. Чтобы электроны могли перемещаться по металлическому кристаллу, должен существовать «шоссе», по которому они могут двигаться. Это создано из перекрытия всех атомных орбиталей соседних атомов.

Например, рассмотрим ряд атомов цинка Zn ··· Zn ··· Zn ···. Эти атомы перекрывают свои валентные атомные орбитали, образуя молекулярные орбитали. В свою очередь, эти молекулярные орбитали перекрываются с другими орбиталями соседних атомов Zn.

Каждый атом цинка вносит два электрона в металлическую связь. Таким образом, перекрытие или объединение молекулярных орбиталей и атомов, дарованных цинком, порождает «магистраль», по которой электроны делокализованы по всему кристаллу, как если бы они были клеем или морем электронов, покрывающим или купание всех металлических атомов.

Свойства металлической связи

сооружения

Металлическая связь порождает компактные структуры, в которых атомы тесно соединены без большого расстояния, которое их разделяет. В зависимости от типа конкретной структуры существуют разные кристаллы, одни более плотные, чем другие.

В металлических структурах говорят не о молекулах, а о нейтральных атомах (или катионах, согласно другим точкам зрения). Возвращаясь к примеру меди, в ее уплотненных кристаллах отсутствуют молекулы Cu ₂ с ковалентной связью Cu-Cu.

переустройство

Металлическая облигация имеет свойство реорганизовываться. Этого не происходит с ковалентными и ионными связями. Если ковалентная связь разорвется, она не восстановится, как будто ничего не произошло. Кроме того, электрические заряды на ионной связи неизменны, если не происходит химическая реакция.

Рассмотрим, например, металлическую ртуть, чтобы объяснить этот момент.

Металлическая связь между двумя соседними атомами ртути, Hg ··· Hg, может разорваться и переформироваться с другим соседним атомом, если кристалл подвергнется воздействию внешней силы, которая его деформирует.

Таким образом, соединение реорганизуется, а стекло подвергается деформации. Это придает металлам свойства пластичных и податливых материалов. В противном случае они разобьются, как осколки стекла или керамики, даже если они горячие.

Тепловая и электрическая проводимость

Свойство металлической связи делокализовать электроны также дает металлам способность проводить тепло и электричество. Это потому, что, поскольку электроны делокализованы и движутся повсюду, они эффективно передают атомные колебания, как если бы это была волна. Эти колебания превращаются в тепло.

С другой стороны, когда электроны движутся, остаются пустые места, которые могут занять другие, таким образом, появляется электронная вакансия, через которую может «пробегать» большее количество электронов и, таким образом, порождать электрический ток.

В принципе, без обращения к физическим теориям этого явления, это общее объяснение электропроводности металлов.

Металлический блеск

Делокализованные и подвижные электроны также могут взаимодействовать и отклонять фотоны в видимом свете. В зависимости от плотности и поверхности металла он может отображать различные оттенки серого или серебристого или даже переливающиеся блестки. Самые исключительные случаи - это медь, ртуть и золото, которые поглощают фотоны определенных частот.

Делокализация электронов

Чтобы понять металлическую связь, необходимо понять, что имеется в виду под делокализацией электронов. Невозможно определить, где находятся электроны. Однако можно оценить, в какой области космоса они могут быть найдены. В ковалентной связи AB пара электронов распределена в пространстве, разделяющем атомы A и B; тогда говорят, что они расположены между A и B.

Однако в металлической связи AB нельзя сказать, что электроны ведут себя так же, как в ковалентной связи AB. Они не расположены между двумя конкретными атомами A и B, но диффундируют или направлены в другие части твердого тела, где также находятся уплотненные, то есть тесно связанные атомы A и B.

Когда это так, электроны металлической связи называются делокализованными: они движутся в любом направлении, где есть атомы A и B, как показано на первом изображении с атомами меди и их электронами.

Следовательно, в металлической связи мы говорим о делокализации этих электронов, и эта характеристика отвечает за многие свойства металлов. На нем также основана теория моря электронов.

Примеры металлических связей

Вот некоторые наиболее часто используемые металлические звенья в повседневной жизни:

- Металлические элементы

цинк

Металлическая связка в цинке

В цинке, переходном металле, его атомы связаны металлической связью.

Золото (Au)

Чистое золото, как и сплавы этого материала с медью и серебром, в настоящее время широко используются в ювелирных изделиях.

Медь (Cu)

Этот металл широко используется в электротехнике благодаря своим превосходным свойствам электропроводности.

Серебро (Ag)

Благодаря своим свойствам этот металл широко используется как в ювелирных изделиях, так и в промышленности.

Никель (Ni)

В чистом виде его обычно используют для изготовления монет, батарей, литья или различных металлических деталей.

Кадмий (Cd)

Это очень токсичный материал, который используется при производстве батарей.

Платина (Pt)

Он используется в ювелирных изделиях (сплавы с золотом), а также в производстве лабораторных измерительных инструментов и зубных имплантатов.

Титан (Ti)

Этот металл обычно используется в машиностроении, а также в производстве остеосинтетических имплантатов, в промышленности и ювелирных изделиях.

Свинец (Pb)

Этот материал используется при производстве электрических проводников, а точнее, для изготовления внешней оболочки телефонных и телекоммуникационных кабелей.

- Металлические соединения

Обычная сталь

В результате реакции железа с углеродом образуется обычная сталь, материал, более устойчивый к механическим воздействиям по сравнению с железом.

Нержавеющая сталь

Разновидность вышеуказанного материала может быть найдена путем сочетания обычной стали с переходными металлами, такими как хром и никель.

бронза

Его получают путем соединения меди с оловом в пропорции примерно 88% и 12% соответственно. Он используется для изготовления монет, инструментов и общественных украшений.

Ртутные сплавы

Из различных сплавов ртути с другими переходными металлами, такими как серебро, медь и цинк, образуются амальгамы, используемые в стоматологии.

Хром Платиновый Сплав

Этот тип сплава широко используется для изготовления бритвенных лезвий.

Pieltre

Этот сплав олова, сурьмы, оболочки и висмута обычно используется для изготовления домашней утвари.

Латунь

Он образуется при сочетании меди с цинком в пропорции 67% и 33% соответственно. Применяется при изготовлении метизов.

Теория моря электронов

Простое представление моря электронов. Источник: Muskid

Изображение выше иллюстрирует концепцию моря электронов. Согласно теории моря электронов, атомы металлов теряют свои валентные электроны (отрицательные заряды), чтобы стать атомными ионами (положительными зарядами). Освободившиеся электроны становятся частью моря, в котором они делокализованы на каждый дюйм металлического кристалла.

Однако это не означает, что металл состоит из ионов; его атомы фактически нейтральны. Мы говорим не об ионах Hg ⁺ в жидкой ртути, а о нейтральных атомах Hg.

Другой способ визуализировать море электронов - предположить нейтральность атомов. Таким образом, хотя они отдают свои электроны, чтобы определить металлическую связь, которая удерживает их плотно связанными, они также мгновенно получают другие электроны из других областей кристалла, так что они никогда не приобретают положительный заряд.

Эта теория объясняет, почему металлы пластичны, податливы и как можно перестроить связи, чтобы обеспечить деформацию кристалла без разрушения. Некоторые люди называют это море электронов «электронным цементом», поскольку оно способно двигаться, но при нормальных условиях оно затвердевает и удерживает металлические атомы прочными и неподвижными.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия . (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
3. Wikipedia. (2020). Металлическое соединение. Получено с: en.wikipedia.org
4. Редакторы энциклопедии Британника. (4 апреля 2016 г.). Металлическая связка. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
5. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (29 января 2020 г.). Металлическая связка: определение, свойства и примеры. Получено с: thinkco.com
6. Джим Кларк. (29 сентября 2019 г.). Металлическое соединение. Химия LibreTexts. Получено с: chem.libretexts.org
7. Мэри Эллен Эллис. (2020). Что такое металлическая облигация? - Определение, свойства и примеры. Учиться. Получено с: study.com