Legătura metalică: mecanismul educației. Legături chimice metalice: exemple

Toate elementele chimice cunoscute, situate în tabelul periodic, sunt împărțite condiționat în două grupe mari: metale și nemetalice. Pentru ca ei să devină nu doar elemente, ci compuși, substanțe chimice, ei pot interacționa unul cu celălalt, trebuie să existe sub forma unor substanțe simple și complexe.

În acest scop, câțiva electroni încearcă să primească, iar alții - să dea. Înlocuindu-se reciproc în acest fel, elementele formează diferite molecule chimice. Dar ce le permite să rămână împreună? De ce există substanțe de o asemenea putere, care nu pot fi distruse chiar și de cele mai grave instrumente? Și altele, dimpotrivă, sunt distruse de cea mai mică influență. Toate acestea se explică prin formarea diferitelor tipuri legătură chimică între atomi în molecule, formarea unei rețele de cristal cu o anumită structură.

Tipuri de legături chimice în compuși

În total, există 4 tipuri principale de legături chimice.

1. Covalent nonpolar. Se formează între două nonmetale identice datorită socializării electronilor, formarea de perechi electronice comune. Particulele nepartite de Valence participă la formarea sa. Exemple: halogeni, oxigen, hidrogen, azot, sulf, fosfor.
2. Covalent polar. Se formează între două nemetale diferite sau între un metal foarte slab în proprietăți și un slab nemetalic în electronegativitate. La nucleu se află, de asemenea, perechile de electroni obișnuite și tragerea lor de sine către atomul a cărui afinitate la electron este mai mare. Exemple: NH₃ SiC, P₂O₅ și altele.
3. Legătură hidrogen. Cel mai instabil și mai slab este format între atomul puternic electronegativ al unei molecule și cel pozitiv. Cel mai adesea acest lucru se întâmplă atunci când substanțele sunt dizolvate în apă (alcool, amoniac și așa mai departe). Datorită unei astfel de conexiuni, pot exista macromolecule de proteine, acizi nucleici, carbohidrați complexi și așa mai departe.
4. Legarea ionică. Se formează datorită forțelor de atracție electrostatică a ionilor metalici și a metalelor diferite încărcate. Cu cât diferența este mai puternică în acest indicator, cu atât este mai pronunțat caracterul ionic al interacțiunii. Exemple de compuși: săruri binare, compuși complexi - baze, săruri.
5. Legătura metalică, mecanismul de formare a acesteia, precum și proprietățile, vor fi luate în considerare în continuare. Se formează în metale, aliajele lor de diferite tipuri.

Există un astfel de lucru ca unitatea legăturii chimice. Se spune că este imposibil să se considere că fiecare legătură chimică este o referință. Toate acestea sunt unități desemnate condiționat. La urma urmei, baza tuturor interacțiunilor este un singur principiu - interacțiunea electronică-statică. Prin urmare, legătura ionică, metalică, covalentă și legătura de hidrogen are o natură chimică unică și sunt doar cazuri limită între ele.

Metalele și proprietățile lor fizice

Metalele sunt în marea majoritate a tuturor elementelor chimice. Acest lucru se datorează proprietăților lor speciale. O parte semnificativă a acestora a fost obținută de om prin reacții nucleare în laborator, radioactive cu un timp de înjumătățire scurt.

Cu toate acestea, majoritatea sunt elemente naturale care formează roci și minereuri întregi, fac parte din cei mai importanți compuși. A fost de la ei că oamenii au învățat să arunce aliaje și să facă o mulțime de produse frumoase și importante. Acestea sunt: ​​cupru, fier, aluminiu, argint, aur, crom, mangan, nichel, zinc, plumb și multe altele.

Pentru toate metalele, se pot distinge proprietățile fizice generale, ceea ce explică schema de formare a unei legături metalice. Care sunt aceste proprietăți?

1. Kovkost și plasticitatea. Se știe că multe metale pot fi laminate chiar și până la starea foliei (aur, aluminiu). Dintre ceilalți, se obțin sârme, foi metalice flexibile, produse capabile să se deformeze sub influența fizică, dar imediat recuperând forma după oprirea acesteia. Aceste calități ale metalelor sunt numite maleabilitate și plasticitate. Motivul pentru această caracteristică este tipul de conexiune metalică. Ionii și electronii din diapozitivul de cristal relativ unul față de celălalt, fără rupere, ceea ce permite păstrarea integrității întregii structuri.
2. Stralucire metalica. Acest lucru explică, de asemenea, legătura metalică, mecanismul educației, caracteristicile și trăsăturile acesteia. Astfel, nu toate particulele sunt capabile să absoarbă sau să reflecte undele de lumină de lungime egală. Atomii majorității metalelor reflectă razele de undă scurtă și obțin aproape aceeași culoare de argint, alb, nuanță albăstrui palid. Excepțiile sunt cuprul și aurul, culoarea lor fiind roșu-roșu și, respectiv, galben. Ele sunt capabile să reflecte radiații mai lungi de undă.
3. Condiții de căldură și conductivitate electrică. Aceste proprietăți sunt, de asemenea, explicate prin structura laturii cristaline și faptul că în formarea ei se realizează un tip de legătură metalic. Datorită "gazului electronic" care se mișcă în interiorul cristalului, curentul electric și căldura sunt distribuite instantaneu și uniform între toți atomii și ionii și sunt conduse prin metal.
4. Starea solidă în condiții normale. Aici singura excepție este mercurul. Toate celelalte metale sunt neapărat puternice, compuși solizi, precum și aliajele lor. Acesta este și rezultatul prezenței legăturilor metalice în metale. Mecanismul de formare a acestui tip de legare a particulelor confirmă complet proprietățile.

Acestea sunt principalele caracteristici fizice ale metalelor, ceea ce explică și determină exact schema de formare a unei legături metalice. O astfel de metodă de îmbinare a atomilor pentru elementele metalice și aliajele lor este reală. Aceasta este pentru ei într-o stare solidă și lichidă.

Tip metalic de legătură chimică

Care este particularitatea sa? Problema este că o astfel de conexiune se formează nu în detrimentul ionilor încărcați diferit și al atracției lor electrostatice și nu în detrimentul diferenței de electronegativitate și a prezenței perechilor de electroni liberi. Adică, legătura covalentă ionică, metalică are o natură oarecum diferită și trăsături distinctive ale particulelor care sunt legate.

Toate metalele sunt caracterizate de caracteristici precum:

• un număr mic de electroni pe nivelul energetic extern (cu excepția unor excepții, în care pot fi 6,7 și 8);
• raza atomică mare;
• energie redusă de ionizare.

Toate acestea contribuie la separarea ușoară a electronilor externi nepartiți de nucleu. Există o mulțime de orbite libere în atom. Schema de formare a legăturii metalice va arăta doar suprapunerea numeroaselor celule orbitale de diferiți atomi, care, prin urmare, formează un spațiu comun intracristalin. Electronii din fiecare atom sunt alimentați în el, care încep să se rătăcească liber în jurul diferitelor părți ale rețelei. Periodic, fiecare dintre ele se alătură ionului de la locul cristalului și îl transformă într-un atom, apoi se detașează din nou, formând un ion.

Astfel, o legătură metalică este o legătură între atomi, ioni și electroni liberi într-un cristal metalic general. Un nor electronic care se mișcă liber într-o structură se numește "gaz de electroni". Ei explică majoritatea proprietățile fizice metalele și aliajele lor.

Cum funcționează în special legarea chimică a metalului? Exemplele pot fi diferite. Să încercăm să ne uităm la o bucată de litiu. Chiar dacă o iei în mărimea unui mazare, vor exista mii de atomi. Să ne imaginăm că fiecare dintre aceste mii de atomi dă valența lui un singur electron într-un spațiu cristalin comun. În același timp, cunoscând structura electronică a acestui element, puteți vedea numărul de orbite goale. În litiu, vor exista 3 (p-orbitale ale celui de-al doilea nivel de energie). Trei din fiecare atom de zeci de mii - acesta este spațiul comun din interiorul cristalului, în care "gazul de electroni" se mișcă liber.

O substanță cu o legătură metalică este întotdeauna puternică. La urma urmei, gazul de electroni nu permite cristalului să se prăbușească, ci doar deplasează straturile și apoi le restaurează. Acesta strălucește, are o anumită densitate (cel mai adesea mare), fuzibilitate, ductilitate și plasticitate.

Unde altundeva este legat metalul? Exemple de substanțe:

• metale sub formă de structuri simple;
• toate aliajele metalice unul cu celălalt;
• toate metalele și aliajele lor în stare lichidă și solidă.

Exemple specifice pot fi oferite pur și simplu o sumă incredibilă, deoarece metalele din sistemul periodic sunt mai mult de 80!

Legătura metalică: mecanismul educației

Dacă o considerăm în forma sa generală, am subliniat deja principalele puncte de mai sus. Prezența liberului atomice orbitale iar electronii, care sunt detașați cu ușurință de nucleu datorită energiei cu ionizare redusă, sunt principalele condiții pentru formarea acestui tip de conexiune. Astfel se dovedește că se realizează între următoarele particule:

• atomi în locurile de zăbrele;
• electroni liberi, care erau metale de valență;
• ioni la punctele din rețeaua de cristal.

Ca rezultat - o conexiune metalică. Mecanismul de educație în formă generală este exprimat prin următoarea intrare: Eu⁰ - e^- harr-Me^{n +}. Din diagrama este evident ce particule sunt prezente în cristalul metalului.

Cristalele în sine pot avea forme diferite. Depinde de substanța specifică cu care ne confruntăm.

Tipuri de cristale metalice

Această structură a metalului sau a aliajului său se caracterizează prin împachetarea foarte densă a particulelor. Este furnizat de ioni la locurile de cristal. Grila însăși poate avea forme geometrice diferite în spațiu.

1. Corpul cubic centrat pe corp este metale alcaline.
2. Structura compactă hexagonală este un pământ alcalin, cu excepția bariului.
3. Face-centric cubic - aluminiu, cupru, zinc, multe metale de tranziție.
4. Structura romboidică este în mercur.
5. Tetragonalul este indiu.

greu de metal iar cu cât este mai mică în sistemul periodic, cu atât este mai complexă ambalarea și organizarea spațială a cristalului. În acest caz, legătura chimică metalică, exemple de care poate fi dată pentru fiecare metal existent, este esențială pentru construcția cristalului. Aliajele au organizații foarte diverse în spațiu, unele dintre ele nu au fost încă explorate pe deplin.

Caracteristicile de comunicare: non-directivitatea

Legăturile covalente și metalice au o caracteristică foarte distinctivă. Spre deosebire de primul, legătura metalică nu este direcțională. Ce înseamnă asta? Adică, norul de electroni din interiorul cristalului se mișcă complet liber în limitele sale în direcții diferite, fiecare dintre electroni putând să se atașeze la orice ion în nodurile structurii. Adică, interacțiunea are loc în direcții diferite. Prin urmare, ei spun că legătura metalică este nedirecțională.

Mecanismul legăturii covalente implică formarea de perechi de electroni comune, adică nori de atomi care se suprapun. Și se întâmplă strict în funcție de o anumită linie care leagă centrele. Prin urmare, vorbim despre direcția unei astfel de conexiuni.

saturability

Această caracteristică reflectă capacitatea atomilor de a avea o interacțiune limitată sau nerestricționată cu ceilalți. Astfel, legăturile covalente și metalice din acest indicator sunt din nou opuse.

Primul este saturat. Atomii care participă la formarea sa au un număr strict strict definit de electroni externi de valență, care au un rol direct în formarea compusului. Mai mult decât este, nu va avea electroni. Prin urmare, numărul de obligațiuni formate este limitat de valență. Prin urmare, saturarea legăturii. Datorită acestei caracteristici, majoritatea compușilor au o compoziție chimică constantă.

Legăturile de metal și hidrogen, dimpotrivă, sunt nesaturate. Acest lucru se explică prin prezența numeroșilor electroni și orbitali liberi în interiorul cristalului. De asemenea, rolul este jucat de ioni la locurile de zăbrele, fiecare dintre care poate deveni un atom și din nou un ion în orice moment.

O altă caracteristică a legăturii metalice este delocalizarea norii de electroni interni. Se manifestă în capacitatea unui număr mic de electroni obișnuiți de a lega multe nuclee atomice de metale. Adică, densitatea, așa cum era, este delocalizată, distribuită uniform între toate legăturile cristalului.

Exemple de formare a legăturilor în metale

Să luăm în considerare mai multe opțiuni specifice care ilustrează modul în care se formează o legătură metalică. Exemple de substanțe sunt următoarele:

• zinc;
• aluminiu;
• potasiu;
• crom.

Formarea unei legături metalice între atomii de zinc: Zn⁰ - 2e^- harr- Zn²⁺. Atomul de zinc are patru niveluri de energie. Orbalele libere, bazate pe structura electronică, au 15 - 3 pe p-orbitale, 5 pe 4 d și 7 pe 4f. Structura electronică este după cum urmează: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁰4d⁰4F⁰ , total în atom de 30 de electroni. Adică, două particule negative de valență liberă se pot deplasa în 15 orbite spațioase și neocupate. Și la fiecare atom. Ca rezultat, există un spațiu comun imens, format din orbite goale, și un număr mic de electroni care leagă întreaga structură.

Legătura metalică dintre atomii de aluminiu: AL⁰ - e^- harr- AL³⁺ . Treisprezece electroni ai unui atom de aluminiu sunt localizați pe trei niveluri de energie, pe care în mod clar le au suficient pentru a umple. Structura electronică: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹3d⁰. Orbitale gratuite - 7 bucăți. Este evident că norul de electroni va fi mic în comparație cu spațiul liber general intern din cristal.

Legătura metalică de crom. Acest element este special în structura sa electronică. La urma urmei, pentru a stabiliza sistemul, există un eșec al unui electron de la 4s la 3d orbital: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵4p⁰4d⁰4F⁰. Un total de 24 de electroni, dintre care șase sunt produși. Aceștia sunt cei care intră în spațiul electronic comun pentru formarea legăturilor chimice. Orbite gratuite 15, care este încă mult mai mult decât este necesar pentru umplere. Prin urmare, cromul este, de asemenea, un exemplu tipic al unui metal cu o legătură adecvată în moleculă.

Unul dintre cele mai active metale, care reacționează chiar și cu apă obișnuită cu aprindere, este potasiul. Ce explică aceste proprietăți? Din nou, în multe feluri - un tip de conexiune metalică. Există doar 19 electroni în acest element, dar sunt localizați la 4 niveluri de energie. Adică, pe 30 de orbite de diferite subsoluri. Structura electronică: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁰4p⁰4d⁰4F⁰. Numai doi valența electroni, cu o energie de ionizare foarte scăzută. Eliberați-vă gratuit și intrați în spațiul electronic comun. Orbital pentru a muta un atom 22 de bucăți, adică un spațiu liber foarte mare pentru "gazul electronic".

Similaritate și diferență cu alte tipuri de conexiuni

În general, această problemă a fost deja discutată mai sus. Se poate generaliza și se trage doar o concluzie. Principalele caracteristici distinctive ale tuturor celorlalte tipuri de caracteristici de comunicare ale cristalelor metalice sunt:

• mai multe tipuri de particule implicate în procesul de legare (atomi, ioni sau atomi-ioni, electroni);
• structura geometrică spațială diferită a cristalelor.

Cu o legătură hidrogen și ionică, metalul combină nesaturarea și non-direcționalitatea. Cu o atracție electrostatică puternică polară - puternică între particule. Separat cu ionic - tipul de particule din nodurile zăbrelelor de cristal (ioni). Cu atomi covarieni nonpolari în nodurile cristalului.

Tipuri de legături în metale din diferite stări agregate

Așa cum am notat mai sus, legătura chimică metalică, exemplele cărora sunt date în articol, se formează în două stări agregate de metale și aliajele lor: solid și lichid.

Se pune întrebarea: care este tipul de legătură în vaporii metalici? Răspuns: covalent polar și nepolar. Ca și în cazul tuturor compușilor sub formă de gaz. Adică atunci când metalul este încălzit mult timp și transferat dintr-o stare solidă într-o legătură lichidă, structura cristalină este păstrată. Cu toate acestea, când vine vorba de transferul unui lichid în stare de vapori, cristalul este distrus și legătura metalică este transformată într-o formă covalentă.