Металлическая связь – это тип химической связи, образованной между положительно заряженными атомами, в которой свободные электроны распределяются между решеткой катионов. Напротив, ковалентные и ионные связи образуются между двумя отдельными атомами. Металлическая связь – это основной тип химической связи, которая образуется между атомами металлов.
Металлические связи видны в чистых металлах и сплавах, а также в некоторых металлоидах. Например, графен (аллотроп углерода) демонстрирует двумерную металлическую связь. Металлы, даже чистые, могут образовывать другие типы химических связей между своими атомами. Например, ион ртути (Hg 2 2+ ) может образовывать ковалентные связи металл-металл. Чистый галлий образует ковалентные связи между парами атомов, которые связаны металлическими связями с окружающими парами.
Как работают металлические связи
Внешние энергетические уровни атомов металлов ( s и p орбитали) перекрываются. По крайней мере, один из валентных электронов, участвующих в металлической связи, не используется совместно с соседним атомом и не теряется для образования иона. Вместо этого электроны образуют то, что можно назвать «электронным морем», в котором валентные электроны могут свободно перемещаться от одного атома к другому.
Модель электронного моря – это чрезмерное упрощение металлического соединения. Расчеты, основанные на электронной зонной структуре или функциях плотности, более точны. Металлические связи можно рассматривать как следствие того, что материал имеет гораздо больше делокализованных энергетических состояний, чем делокализованных электронов (дефицит электронов), поэтому локализованные неспаренные электроны могут стать делокализованными и мобильными. Электроны могут менять энергетические состояния и перемещаться по решетке в любом направлении.
Связь также может принимать форму образования металлических кластеров, в которых обтекают делокализованные электроны. локализованные ядра. Формирование связи сильно зависит от условий. Например, водород – это металл под высоким давлением. По мере снижения давления связь меняется с металлической на неполярную ковалентную.
Связь металлических связей с металлическими свойствами
Поскольку электроны делокализованы металлическая связь вокруг положительно заряженных ядер объясняет многие свойства металлов.
Электропроводность : большинство металлов являются отличными электрическими проводниками, потому что электроны в электронном море могут свободно перемещаться и нести заряд. Проводящие неметаллы (например, графит), расплавленные ионные соединения и водные ионные соединения проводят электричество по той же причине – электроны могут свободно перемещаться..
Теплопроводность : металлы проводят тепло, потому что свободные электроны могут передавать энергию от источника тепла, а также потому, что колебания атомов (фононов) движутся через твердый металл как волна.
Пластичность : металлы имеют тенденцию быть пластичными или пластичными. их можно втянуть в тонкие проволоки, потому что локальные связи между атомами можно легко разорвать, а также преобразовать. Отдельные атомы или целые их листы могут скользить друг мимо друга и преобразовывать связи.
Податливость : металлы часто податливы или податливы. его можно формовать или придавать форму, опять же потому, что связи между атомами легко разрушаются и преобразуются. Сила связи между металлами ненаправленная, поэтому при вытягивании или формовании металла меньше вероятность его разрушения. Электроны в кристалле могут заменяться другими. Кроме того, поскольку электроны могут свободно удаляться друг от друга, работа с металлом не приводит к объединению одноименно заряженных ионов, которые могут разрушить кристалл из-за сильного отталкивания.
Металлический блеск : металлы обычно блестят или имеют металлический блеск. Они становятся непрозрачными при достижении определенной минимальной толщины. Электронное море отражает фотоны от гладкой поверхности. Существует верхний предел частоты отражения света.
Сильное притяжение между атомами в металлических связях делает металлы прочными и придает им высокую плотность, высокая температура плавления, высокая температура кипения и низкая летучесть. Бывают исключения. Например, ртуть в обычных условиях является жидкостью и имеет высокое давление пара. Фактически, все металлы в группе цинка (Zn, Cd и Hg) относительно летучие.
Насколько сильны металлические связи?
Поскольку прочность связи зависит от участвующих в ней атомов, трудно ранжировать типы химических связей. Ковалентные, ионные и металлические связи могут быть прочными химическими связями. Даже в расплавленном металле связь может быть прочной. Галлий, например, нелетуч и имеет высокую температуру кипения, хотя и имеет низкую температуру плавления. При подходящих условиях металлическое соединение даже не требует решетки. Это наблюдалось в очках, имеющих аморфную структуру.