METALINIS RYŠYS: SAVYBĖS, KAIP JIS SUSIDARO, IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025

Metalinis jungtis yra vienas, kad turi dėl metalinio elementų atomus sandariai kartu. Jis yra metaluose ir apibūdina visas jų fizines savybes, apibūdinančias juos kaip kietas, kalias, kaliojo medžiagas ir gerus šilumos ir elektros laidus.

Iš visų cheminių jungčių metalinis ryšys yra vienintelis, kai elektronai nėra išsidėstę vien tik tarp porų atomų, bet yra išsidėstę tarp milijonų iš jų tam tikru klijais arba „elektronų jūra“, laikančiu juos sandariai. arba darnus.

Vario metalo jungtis

Pvz., Tarkime, metalinis varis. Varyje jo Cu atomai atsisako savo valentinių elektronų, kad sudarytų metalinę jungtį. Virš šios jungties pavaizduoti Cu ²⁺ katijonai (mėlyni apskritimai), apsupti elektronų (geltoni apskritimai). Elektronai vis dar nėra: jie juda visame vario kristale. Tačiau metaluose mes oficialiai kalbame ne apie katijonus, o apie neutralius metalų atomus.

Metalinis ryšys patikrinamas ištyrus metalinių elementų, taip pat jų lydinių savybes. Jie sujungia blizgančių, sidabrinių, tvirtų ir kietų medžiagų serijas, turinčias aukštą lydymosi ir virimo temperatūrą.

Kaip formuojasi metalo jungtis?

Metalinis ryšys cinke

Metalo jungtis susidaro tik tarp vieno metalo atomų rinkinio ar grupės. Tam, kad elektronai galėtų persikelti per metalinį kristalą, turi būti „greitkelis“, kuriuo jie galėtų judėti. Tai sukurta atsižvelgiant į visų kaimyninių atomų atominių orbitų sutapimą.

Pavyzdžiui, apsvarstykite cinko atomų eilę, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Šie atomai dubliuoja savo valentinius atominius orbitalius, kad susidarytų molekulinės orbitalės. Savo ruožtu šie molekuliniai orbitalės sutampa su kitomis kaimyninių Zn atomų orbitomis.

Kiekvienas cinko atomas įneša du elektronus, kad prisidėtų prie metalo jungties. Tokiu būdu molekulinių orbitų ir cinko padalintų atomų sutapimas ar sąjunga sukuria „greitkelį“, per kurį elektronai išsidėsto visame kristaluose tarsi klijai ar elektronų jūra, dengianti ar maudantis visus metalo atomus.

Metalinės jungties savybės

Konstrukcijos

Metalinis ryšys sukuria kompaktiškas struktūras, kuriose atomai yra glaudžiai sujungti, be didelio atstumo, kuris juos skiria. Priklausomai nuo konkrečios struktūros tipo, yra įvairių kristalų, vieni yra tankesni nei kiti.

Metalinėse struktūrose nekalbama apie molekules, bet apie neutralius atomus (arba katijonus, atsižvelgiant į kitas perspektyvas). Grįžtant prie vario pavyzdžio, jo sutankintuose kristaluose nėra Cu ₂ molekulių , turinčių kovalentinį Cu-Cu ryšį.

Reorganizavimas

Metalinis ryšys turi savybę persiorientuoti. Tai neįvyksta su kovalentinėmis ir joninėmis jungtimis. Jei kovalentinis ryšys nutrūksta, jis nesusiformuoja taip, lyg nieko nebūtų nutikę. Joninės jungties elektriniai krūviai taip pat yra nekintami, nebent įvyktų cheminė reakcija.

Pavyzdžiui, apsvarstykite metalinį gyvsidabrį, kad paaiškintumėte šį momentą.

Metalinis ryšys tarp dviejų gretimų gyvsidabrio atomų Hg ··· Hg gali suskaidyti ir vėl susiformuoti su kitu gretimu atomu, jei kristalą veikia išorinė jėga, kuris jį deformuoja.

Taigi jungtis pertvarkoma, kol stiklas deformuojasi. Tai suteikia metalams savyje būti kaliojo ir kaliojo medžio medžiagomis. Priešingu atveju jie sulaužomi kaip stiklo ar keramikos gabalėliai, net ir įkaitę.

Šilumos ir elektros laidumai

Turtas, kurį metaliniai ryšiai turi, kad jo elektronai būtų persikraustę, taip pat suteikia metalams galimybę vykdyti šilumą ir elektrą. Taip yra todėl, kad elektronai yra delokalizuojami ir juda visur, todėl jie efektyviai perduoda atomines vibracijas tarsi banga. Šios vibracijos virsta šiluma.

Kita vertus, judant elektronams, paliekamos tuščios vietos, kurias gali užimti kiti, taigi atsiranda elektroninė laisva vieta, per kurią daugiau elektronų gali „bėgti“ ir tokiu būdu sukelti elektros srovę.

Iš esmės, nesigilinant į fizikines šio reiškinio teorijas, tai yra bendras metalų elektrinio laidumo paaiškinimas.

Metalinis blizgesys

Delokalizuoti ir mobilūs elektronai taip pat gali sąveikauti su matoma šviesa ir atmesti ją. Priklausomai nuo metalo tankio ir paviršiaus, jame gali būti įvairių pilkos ar sidabrinės atspalvių ar net rainelės blizgučiai. Išskirtiniai atvejai yra varis, gyvsidabris ir auksas, kurie sugeria tam tikro dažnio fotonus.

Elektronų delokalizacija

Norint suprasti metalinį ryšį, reikia suprasti, ką reiškia elektronų išsidėstymas. Neįmanoma nustatyti, kur yra elektronai. Tačiau galima įvertinti, kuriame kosmoso regione jie gali būti rasti. Kovalentiniame ryšyje AB elektronų pora pasiskirsto erdvėje, skiriančioje atomus A ir B; tada sakoma, kad jie yra tarp A ir B.

Tačiau, kalbant apie AB metalinę jungtį, negalima sakyti, kad elektronai elgiasi taip pat, kaip ir kovalentinėje AB jungtyje. Jie nėra tarp dviejų specifinių A ir B atomų, bet yra išsklaidyti arba nukreipti į kitas kietosios medžiagos dalis, kur jie taip pat yra sutankinti, tai yra, glaudžiai sujungti A ir B atomai.

Kai taip yra, metalo jungties elektronai sako, kad jie delokalizuojasi: jie eina bet kuria kryptimi ten, kur yra A ir B atomai, kaip parodyta pirmame paveikslėlyje su vario atomais ir jų elektronais.

Todėl metaliniame ryšyje mes kalbame apie šių elektronų išsidėstymą, ir ši charakteristika lemia daugelį metalų savybių. Tuo remiasi ir elektronų jūrų teorija.

Metalinių jungčių pavyzdžiai

Kai kurie kasdieniame gyvenime dažniausiai naudojami metaliniai saitai yra šie:

- metaliniai elementai

Cinkas

Metalinis ryšys cinke

Cinke, pereinamajame metale, jo atomai yra sujungti metalo jungtimi.

Auksas (au)

Grynas auksas, kaip ir šios medžiagos lydiniai su variu ir sidabru, šiuo metu yra plačiai naudojamas dailiuose papuošaluose.

Varis (Cu)

Dėl puikių elektros laidumo savybių šis metalas yra plačiai naudojamas elektrinėms reikmėms.

Sidabras (Ag)

Atsižvelgiant į jo savybes, šis metalas yra plačiai naudojamas tiek dailiųjų juvelyrinių dirbinių gamyboje, tiek pramonės srityje.

Nikelis (Ni)

Gryna būsena paprastai naudojama monetų, baterijų, liejyklų ar įvairių metalinių dalių gamybai.

Kadmis (Cd)

Tai labai toksiška medžiaga, naudojama gaminant baterijas.

Platina (Pt)

Jis naudojamas dailiuose papuošaluose (lydiniuose su auksu), laboratorinių matavimo priemonių ir dantų implantų gamyboje.

Titanas (Ti)

Šis metalas dažniausiai naudojamas inžinerijoje, taip pat osteosintetinių implantų gamyboje, pramonėje ir juvelyrinių dirbinių gamyboje.

Švinas (Pb)

Ši medžiaga naudojama gaminant elektros laidus, tiksliau, išoriniams telefono ir telekomunikacijų kabelių apvalkalams gaminti.

- metalų junginiai

Paprastas plienas

Geležiui reaguojant su anglimi, gaunamas paprastasis plienas, medžiaga, daug atsparesnė mechaniniam poveikiui, palyginti su geležimi.

Nerūdijantis plienas

Aukščiau pateiktos medžiagos variantą galima rasti derinant paprastąjį plieną su pereinamaisiais metalais, tokiais kaip chromas ir nikelis.

Bronza

Jis gaunamas maišant varį su alavu maždaug 88% ir 12%. Jis naudojamas gaminant monetas, įrankius ir visuomeninius papuošalus.

Gyvsidabrio lydiniai

Įvairūs gyvsidabrio lydiniai su kitais pereinamaisiais metalais, tokiais kaip sidabras, varis ir cinkas, gamina odontologijoje naudojamus amalgamus.

Chromo platinos lydinys

Šio tipo lydinys plačiai naudojamas skustuvo mentėms gaminti.

Pieltre

Šis alavo, stibio, voko ir bismuto lydinys dažniausiai naudojamas buities rakandams gaminti.

Žalvaris

Jis gaunamas derinant varį su cinku atitinkamai 67% ir 33%. Jis naudojamas gaminant aparatinę įrangą.

Jūrų elektronų teorija

Paprastas elektronų jūros vaizdas. Šaltinis: Muskidas

Aukščiau pateiktas paveikslas iliustruoja elektronų jūros koncepciją. Remiantis elektronų teorija, metalo atomai išskiria savo valentinius elektronus (neigiamus krūvius) ir tampa atominiais jonais (teigiami krūviai). Išlaisvinti elektronai tampa jūros dalimi, kurioje jie delokalizuojami kiekvienam metalo kristalo coliui.

Tačiau tai nereiškia, kad metalą sudaro jonai; jos atomai iš tikrųjų yra neutralūs. Kalbame ne apie Hg ⁺ jonus skystame gyvsidabryje, bet apie neutralius Hg atomus.

Kitas būdas vizualizuoti elektronų jūrą yra prisiimant atomų neutralumą. Taigi, nors jie suteikia savo elektronams apibrėžti metalinę jungtį, kuri palaiko juos sandariai, jie taip pat akimirksniu priima kitus elektronus iš kitų kristalo sričių, kad jie niekada neįgytų teigiamo krūvio.

Ši teorija paaiškina, kodėl metalai yra kaliojo, kaliojo ir kaip galima pertvarkyti jungtis, kad kristalą būtų galima deformuoti nesulaužant. Kai kurie žmonės šią elektronų jūrą vadina „elektroniniu cementu“, nes ji gali judėti, tačiau normaliomis sąlygomis ji sukietėja ir išlaiko metalinius atomus tvirtus ir fiksuotus.

Nuorodos

1. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
2. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
3. Vikipedija. (2020). Metalinis klijavimas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
4. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2016 m. Balandžio 4 d.). Metalinis ryšys. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020 m. Sausio 29 d.). Metalo obligacija: apibrėžimas, savybės ir pavyzdžiai. Atgauta iš: thinkco.com
6. Jimas Clarkas. (2019 m. Rugsėjo 29 d.). Metalo klijavimas. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Kas yra metalo obligacija? - Apibrėžtis, savybės ir pavyzdžiai. Tyrimas. Atgauta iš: study.com