METALLISIDOS: OMINAISUUDET, MITEN SE MUODOSTUU JA ESIMERKKEJÄ - KEMIA - 2026

Metallinen sidos on sellainen, joka pitää atomien metallisten elementtien tiukasti yhteen. Se on läsnä metalleissa ja määrittelee kaikki niiden fysikaaliset ominaisuudet, jotka kuvaavat niitä kovina, taipuisina, muovattavina materiaaleina ja hyvinä lämmön ja sähkönjohtajina.

Kaikista kemiallisista sidoksista metallinen sidos on ainoa, jossa elektronit eivät sijaitse yksinomaan atomiparien välissä, vaan sijoittuvat miljoonien välillä toisistaan ​​eräänlaiseen liimaan tai "elektronien mereen", joka pitää ne tiukasti yhdessä. tai yhtenäinen.

Kuparimetallisidos

Oletetaan esimerkiksi metallikupari. Kuparissa sen Cu-atomit luovuttavat valenssielektroneistaan ​​metallisidoksen muodostamiseksi. Tämän sidoksen yläpuolella on esitetty Cu2 ⁺ -kationeina (siniset ympyrät), joita ympäröivät elektronit (keltaiset ympyrät). Elektronit eivät ole vielä: ne liikkuvat kuparikiteiden läpi. Metallien suhteen emme puhu muodollisesti kationeista, vaan neutraaleista metalliatomeista.

Metallinen sidos varmennetaan tutkimalla metallisten elementtien ja niiden seosten ominaisuudet. Ne yhdistävät sarjan kiiltäviä, hopeaisia, kovia, kovia materiaaleja, joilla on myös korkea sulamis- ja kiehumispiste.

Kuinka metallisidos muodostuu?

Metallisidos sinkissä

Metallisidos muodostetaan vain yhden metalliatomien joukon tai ryhmän väliin. Jotta elektronit voivat siirtyä koko metallikiteen läpi, on oltava "valtatie", jolla ne voivat kulkea. Tämä on suunniteltu vierekkäisten atomien kaikkien atomien kiertoratojen päällekkäisyyksien perusteella.

Harkitse esimerkiksi rivi sinkki-atomeja, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Nämä atomit menevät päällekkäin valenssiatomiorbitaaliensa kanssa muodostaen molekyyliorbitaalit. Nämä vuorostaan ​​nämä molekyyliorbitaalit menevät päällekkäin muiden naapurimaisten Zn-atomien orbitaalien kanssa.

Jokainen sinkkiatomi myöntää kaksi elektronia myötävaikuttamaan metallisideeseen. Tällä tavalla molekyyliorbitaalien päällekkäisyys tai liitos ja sinkin luovuttamat atomit ovat lähtöisin "moottoritieltä", jolla elektronit siirretään koko kristallin läpi ikään kuin ne olisivat liimaa tai elektronien merta, peittäen tai uimalla kaikki metalliset atomit.

Metallisidoksen ominaisuudet

rakenteet

Metallinen sidos johtaa kompakteihin rakenteisiin, joissa atomit ovat tiiviisti yhtenäisiä, ilman etäisyyttä, joka erottaa ne. Erityisen rakenteen tyypistä riippuen kiteitä on erilaisia, jotkut tiheämpiä kuin toiset.

Metallirakenteissa ei puhu molekyyleistä, vaan neutraaleista atomeista (tai kationeista, muiden näkökulmien mukaan). Kun esimerkiksi kuparin uudelleen, sen tiivistetty kiteitä ei ole Cu ₂ molekyylejä, joissa on Cu-Cu-kovalenttinen sidos.

uudelleenjärjestely

Metallisella sidoksella on ominaisuus uudelleenorganisoitua. Tätä ei tapahdu kovalenttisten ja ionisten sidosten kanssa. Jos kovalenttinen sidos hajoaa, se ei muodostu uudelleen niin kuin mitään ei olisi tapahtunut. Myös ionisen sidoksen sähkövaraukset ovat muuttumattomia, ellei tapahtuu kemiallista reaktiota.

Harkitse esimerkiksi metallielohopeaa selittämään tämä kohta.

Kahden vierekkäisen elohopeaatomin, Hg ··· Hg, välinen metallisidos voi rikkoutua ja muodostua uudelleen toisen naapuriatomin kanssa, jos kide kohdistuu ulkoiseen voimaan, joka sitä deformoi.

Siten sidos järjestetään uudelleen, kun lasi muodonmuutos. Tämä antaa metalleille ominaisuudet, että ne ovat taipuisia ja muokattavia materiaaleja. Muuten ne rikkoutuvat kuin lasi- tai keraamiset palot, jopa kuumana.

Lämmön ja sähkönjohtavuus

Ominaisuus, joka metallisidoksella on siitä, että sen elektronit ovat siirtyneet, antaa metalleille myös kyvyn johtaa lämpöä ja sähköä. Tämä johtuu siitä, että koska elektronit ovat siirtyneet ja liikkuvat kaikkialla, ne lähettävät tehokkaasti atomisärinää kuin aalto. Nämä värähtelyt muuttuvat lämmöksi.

Toisaalta, kun elektronit liikkuvat, tyhjät tilat jäävät taakse, jotta muut voivat miehittää, jolloin syntyy elektroninen avoin työpaikka, jonka kautta useammat elektronit voivat "ajaa" ja siten tuottaa sähkövirran.

Periaatteessa, käsittelemättä ilmiön takana olevia fysikaalisia teorioita, tämä on yleinen selitys metallien sähkönjohtavuudelle.

Metallinhohde

Delokalisoidut ja liikkuvat elektronit voivat myös olla vuorovaikutuksessa fotonien kanssa ja hylätä ne näkyvässä valossa. Metallin tiheydestä ja pinnasta riippuen siinä voi olla eri harmaa- tai hopeasävyjä tai jopa irisiroivia kipinöitä. Poikkeuksellisimpia tapauksia ovat kupari, elohopea ja kulta, jotka absorboivat tiettyjen taajuuksien fotoneja.

Elektronin delokalisaatio

Metallisidoksen ymmärtämiseksi on välttämätöntä ymmärtää, mitä tarkoitetaan elektronien sijoittumisella. On mahdotonta määrittää missä elektronit ovat. Voidaan kuitenkin arvioida, millä avaruusalueella ne todennäköisesti löytyvät. Kovalenttisessa sidoksessa AB elektroniparit jakautuvat avaruutta, joka erottaa atomit A ja B; niiden sanotaan sitten sijaitsevan A: n ja B: n välillä.

AB-metallisessa sidoksessa ei kuitenkaan voida sanoa, että elektronit käyttäytyvät samalla tavalla kuin AB-kovalenttisessa sidoksessa. Ne eivät sijaitse A: n ja B: n kahden erityisen atomin välillä, mutta diffundoituvat tai suuntautuvat kiinteän aineen muihin osiin, joissa myös ovat tiivistyneitä, toisin sanoen tiiviisti sidottuja A- ja B-atomeja.

Kun tämä on niin, metallisidoksen elektronien sanotaan olevan sijoittuneita: ne kulkevat mihin tahansa suuntaan, missä on A- ja B-atomeja, kuten ensimmäisessä kuvassa esitetään kupariatomien ja niiden elektronien kanssa.

Siksi puhumme metallisessa sidoksessa näiden elektronien sijoittumisesta, ja tämä ominaisuus on vastuussa monista metalleilla olevista ominaisuuksista. Siihen perustuu myös elektronien mereen liittyvä teoria.

Esimerkkejä metallisista sidoksista

Joitakin päivittäisessä elämässä yleisesti käytettyjä metallilinkkejä ovat:

- metallielementit

Sinkki

Metallisidos sinkissä

Sinkkiä, siirtymämetallia, sen atomit yhdistävät metallisidos.

Kulta (Au)

Puhdasta kultaa, kuten tämän materiaalin seoksia kuparin ja hopean kanssa, käytetään nykyään laajasti hienoissa koruissa.

Kupari (Cu)

Tätä metallia käytetään laajasti sähkösovelluksissa erinomaisten sähkönjohtavuusominaisuuksiensa ansiosta.

Hopea (Ag)

Ominaisuuksiensa vuoksi tätä metallia käytetään laajasti sekä hienojen korujen sovelluksissa että teollisuudessa.

Nikkeli (Ni)

Puhtaassa tilassa sitä käytetään yleensä kolikoiden, paristojen, valimoiden tai erilaisten metalliosien valmistukseen.

Kadmium (Cd)

Se on erittäin myrkyllinen materiaali, ja sitä käytetään paristojen valmistuksessa.

Platinum (Pt)

Sitä käytetään hienoissa koruissa (seokset kullalla) ja laboratoriomittauslaitteiden ja hammasimplanttien valmistuksessa.

Titaani (Ti)

Tätä metallia käytetään yleisesti tekniikassa, samoin kuin osteosynteettisten implanttien, teollisuussovellusten ja korujen valmistuksessa.

Lyijy (Pb)

Tätä materiaalia käytetään sähköjohtimien valmistuksessa, erityisesti puhelin- ja tietoliikennekaapeleiden ulkokuoren valmistukseen.

- metalliset yhdisteet

Tavallinen teräs

Raudan reaktio hiilen kanssa tuottaa tavallisen teräksen, materiaalin, joka on paljon mekaanisen rasituksen kestävämpi kuin rauta.

Ruostumaton teräs

Edellä mainitun materiaalin variaatio voidaan löytää yhdistämällä tavallinen teräs siirtymämetallien, kuten kromin ja nikkelin, kanssa.

Pronssi

Sitä valmistetaan yhdistämällä kupari tinaan, noin 88% ja 12%. Sitä käytetään kolikoiden, työkalujen ja julkisten koristeiden valmistuksessa.

Elohopealejeeringit

Erilaiset elohopealejeeringit muiden siirtymämetallien, kuten hopean, kuparin ja sinkin kanssa, tuottavat hammaslääketieteessä käytettäviä amalgameja.

Kromi platinalejeerinki

Tämän tyyppistä seosta käytetään laajasti partakoneiden valmistukseen.

Pieltre

Tina-, antimoni-, kirjekuori- ja vismuttilejeerinkiä käytetään yleensä kotitalousvälineiden valmistukseen.

Messinki

Se tuotetaan yhdistämällä kuparia sinkin kanssa suhteessa 67% ja 33%. Sitä käytetään laitteistojen valmistuksessa.

Elektronien teorian meri

Yksinkertainen esitys elektronien merestä. Lähde: Muskid

Yllä oleva kuva kuvaa elektronien meren käsitettä. Elektronien teorian mukaan metalliset atomit eristävät valenssielektronejaan (negatiiviset varaukset) tullakseen atomiioneiksi (positiiviset varaukset). Vapautuneista elektroneista tulee osa merta, jossa ne siirretään metallisen kiteen jokaista tuumaa kohden.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että metalli koostuisi ioneista; sen atomit ovat todella neutraaleja. Emme puhu Hg ⁺ -ioneista nestemäisessä elohopeassa, vaan neutraaleista Hg-atomeista.

Toinen tapa visualisoida elektronien merta on olettamalla atomien neutraalisuus. Näin ollen, vaikka ne antavat elektroneilleen määritellä metallisidoksen, joka pitää ne tiukasti koheesioina, he myös vastaanottavat heti muita elektroneja kristallin muilta alueilta, joten ne eivät koskaan saa positiivista varausta.

Tämä teoria selittää, miksi metallit ovat taipuisia, muovattavia ja kuinka sidokset voidaan järjestää uudelleen kiteen muodonmuutoksen sallimiseksi rikkomatta. Jotkut kutsuvat tätä elektronimeriä "elektroniseksi sementiksi", koska se kykenee liikkumaan, mutta normaaleissa olosuhteissa se jähmettyy ja pitää metalliatomit kiinteinä ja kiinteinä.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallinen liimaus. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
4. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (4. huhtikuuta 2016). Metallisidos. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com
5. Helmenstine, tohtori Anne Marie (29. tammikuuta 2020). Metallinen sidos: määritelmä, ominaisuudet ja esimerkit. Palautettu osoitteesta: gondo.com
6. Jim Clark. (29. syyskuuta 2019). Metallinen liimaus. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Mikä on metallilaina? - Määritelmä, ominaisuudet ja esimerkit. Tutkimus. Palautettu osoitteesta study.com