Primjeri šta je metalna veza. Metalna hemijska veza. Cijele lekcije - Hipermarket znanja. Karakteristika jonske veze

Svrha lekcije

• Opišite metalnu hemijsku vezu.

• Naučite da zapišete formiranje metalne veze.

• Upoznajte se sa fizičkim svojstvima metala.

• Naučite jasno razlikovati vrste hemijske veze .

Ciljevi lekcije

• Saznajte kako su u interakciji atomi metala

• Odredite kako metalna veza utječe na svojstva tvari koje ona formira

Osnovni pojmovi:

• Elektronegativnost - hemijsko svojstvo atom, što je kvantitativna karakteristika sposobnosti atoma u molekuli da privuče uobičajene elektronske parove k sebi.
• hemijska veza - fenomen interakcije atoma, zbog preklapanja elektronskih oblaka atoma u interakciji.
• metalni spoj - ovo je veza u metalima između atoma i jona, nastala zbog socijalizacije elektrona.
• kovalentna veza - hemijska veza, nastala preklapanjem para valentnih elektrona. Elektroni koji pružaju vezu nazivaju se zajedničkim elektronskim parom. Postoje 2 tipa: polarni i nepolarni.
• Jonska veza - hemijska veza koja se formira između atoma nemetala, u kojoj zajednički elektronski par prelazi na atom sa većom elektronegativnošću. Kao rezultat toga, atomi se privlače kao suprotno nabijena tijela.
• vodoničnu vezu - hemijska veza između elektronegativnog atoma i atoma vodika H vezanog kovalentno za drugi elektronegativni atom. N, O ili F mogu djelovati kao elektronegativni atomi Vodikove veze mogu biti intermolekularne ili intramolekularne.

  TOKOM NASTAVE

hemijska veza metala

Identifikujte elemente koji su u pogrešnom "redu". Zašto?
Ca Fe P K Al Mg Na
Koji elementi iz tabele Mendeljejev zvani metali?
Danas ćemo saznati koja svojstva imaju metali i kako zavise od veze koja se stvara između metalnih jona.
Prvo, prisjetimo se lokacije metala u periodnom sistemu?
Metali, kao što svi znamo, obično ne postoje u obliku izolovanih atoma, već u obliku komada, ingota ili metalnog proizvoda. Hajde da saznamo šta skuplja atome metala u integralnu zapreminu.

U primjeru vidimo komad zlata. I inače, zlato je jedinstven metal. Kovanjem čistog zlata možete napraviti foliju debljine 0,002 mm! takav najmanji list folije je skoro providan i ima zelenu nijansu lumena. Kao rezultat toga, od zlatnog ingota veličine kutije šibica, možete dobiti tanku foliju koja će pokriti površinu teniskog terena.
U hemijskom smislu, sve metale karakteriše lakoća davanja valentnih elektrona, a kao rezultat toga, formiranje pozitivno nabijenih jona i pokazuju samo pozitivnu oksidaciju. Zato su metali u slobodnom stanju redukcioni agensi. Zajednička karakteristika atoma metala je njihova velika veličina u odnosu na nemetale. Vanjski elektroni se nalaze na velikim udaljenostima od jezgra i stoga su slabo vezani za njega, pa se lako odvajaju.
Atomi većeg broja metala na vanjskom nivou imaju mali broj elektrona - 1,2,3. Ovi elektroni se lako odvajaju i atomi metala postaju joni.
Me0 – n ē ⇆ Muškarci+
atomi metala - eksterni elektroni. orbite ⇆ metalni joni

Dakle, odvojeni elektroni se mogu kretati od jednog jona do drugog, odnosno postaju slobodni i, takoreći, povezujući ih u jedinstvenu cjelinu, pa ispada da su svi odvojeni elektroni zajednički, jer je nemoguće razumjeti koji elektron pripada kojem od atoma metala.
Elektroni se mogu kombinovati sa kationima, tada se privremeno formiraju atomi iz kojih se zatim otkidaju elektroni. Ovaj proces je u toku i bez prestanka. Ispostavilo se da se najveći dio atoma metala kontinuirano pretvara u ione i obrnuto. U ovom slučaju, mali broj običnih elektrona veže veliki broj metalnih atoma i iona. Ali važno je da je broj elektrona u metalu jednak ukupnom naboju pozitivnih iona, odnosno ispada da općenito metal ostaje električno neutralan.
Takav proces je predstavljen kao model - ioni metala su u oblaku elektrona. Takav elektronski oblak naziva se "elektronski gas".

Evo, na primjer, na ovoj slici vidimo kako se elektroni kreću među nepokretnim ionima unutar kristalne rešetke metala.

Rice. 2. Kretanje elektrona

Kako bismo bolje razumjeli šta je plin Electron i kako se ponaša u kemijskim reakcijama različitih metala, pogledajmo zanimljiv video. (zlato se u ovom videu spominje samo kao boja!)

Sada možemo zapisati definiciju: metalna veza je veza u metalima između atoma i jona, nastala zbog socijalizacije elektrona.

Uporedimo sve vrste veza koje poznajemo i popravimo ih kako bismo ih bolje razlikovali, za to ćemo pogledati video.

Metalna veza se javlja ne samo u čistim metalima, već je karakteristična i za mješavine različitih metala, legura u različitim agregacijskim stanjima.
Metalna veza je važna i određuje osnovna svojstva metala
- električna provodljivost - nasumično kretanje elektrona u zapremini metala. Ali s malom potencijalnom razlikom, tako da se elektroni kreću na uredan način. Metali sa najboljom provodljivošću su Ag, Cu, Au, Al.
- plastičnost
Veze između metalnih slojeva nisu jako značajne, to vam omogućava da pomičete slojeve pod opterećenjem (deformirajte metal bez lomljenja). Najbolji deformabilni metali (meki) Au, Ag, Cu.
- metalni sjaj
Elektronski plin odbija gotovo sve svjetlosne zrake. Zbog toga čisti metali imaju tako jak sjaj i najčešće su sivi ili bijeli. Metali koji su najbolji reflektori Ag, Cu, Al, Pd, Hg

Zadaća

Vježba 1
Odaberite formule tvari koje imaju
a) kovalentna polarna veza: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
b) sa jonskom vezom: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
Vježba 2
Izbrišite višak:
a) CuCl2, Al, MgS
b) N2, HCl, O2
c) Ca, CO2, Fe
d) MgCl2, NH3, H2

Metalni natrijum, metal litijum i drugi alkalni metali menjaju boju plamena. Metalni litijum i njegove soli daju vatri crvenu boju, metalni natrijum i soli natrijuma žutu, metalni kalijum i njegove soli ljubičastu, a rubidijum i cezijum takođe ljubičastu, ali svetliju.

Rice. 4. Komad metalnog litijuma

Rice. 5. Bojenje plamena metalima

Litijum (Li). Metal litijum, kao i metalni natrij, je alkalni metal. Oba se otapaju u vodi. Natrijum se rastvara u vodi i formira natrijum hidroksid, veoma jaku kiselinu. Kada se alkalni metali rastvore u vodi, oslobađa se mnogo toplote i gasa (vodika). Preporučljivo je da takve metale ne dodirujete rukama, jer se možete opeći.

Bibliografija

1. Lekcija na temu "Metalna hemijska veza", nastavnik hemije Tukhta Valentina Anatolyevna MOU "Esenovichskaya srednja škola"
2. F. A. Derkach "Hemija", - naučno-metodološki priručnik. - Kijev, 2008.
3. L. B. Cvetkova "Neorganska hemija" - 2. izdanje, ispravljeno i dopunjeno. – Lavov, 2006.
4. V. V. Malinovsky, P. G. Nagorny "Neorganska hemija" - Kijev, 2009.
5. Glinka N.L. Opća hemija. - 27 izd. / Pod. ed. V.A. Rabinovich. - L.: Hemija, 2008. - 704 str.

Uredio i poslao Lisnyak A.V.

Radili na lekciji:

Tukhta V.A.

Lisnyak A.V.

Možete postaviti pitanje o modernom obrazovanju, izraziti ideju ili riješiti hitan problem na Obrazovni forum gdje se na međunarodnom nivou sastaje obrazovno vijeće svježe misli i djelovanja. Nakon što je stvorio blog, Hemija 8. razred

Naučili ste kako atomi metala i nemetalnih elemenata međusobno djeluju (elektroni prelaze iz prvog u drugi), kao i atomi nemetalnih elemenata jedni s drugima (nespareni elektroni vanjskih elektronskih slojeva njihovih atoma se kombinuju u zajedničke elektronske parove). Sada ćemo se upoznati s načinom na koji atomi metalnih elemenata međusobno djeluju. Metali obično ne postoje kao izolirani atomi, već kao ingot ili komad metala. Šta drži atome metala zajedno?

Atomi većine metalnih elemenata na vanjskom nivou sadrže mali broj elektrona - 1, 2, 3. Ovi elektroni se lako odvajaju, a atomi se pretvaraju u pozitivne jone. Odvojeni elektroni se kreću od jednog jona do drugog, vezujući ih u jednu cjelinu.

Jednostavno je nemoguće odgonetnuti koji elektron pripada kojem atomu. Svi odvojeni elektroni postali su uobičajeni. Povezujući se sa jonima, ovi elektroni privremeno formiraju atome, zatim se ponovo odvajaju i spajaju sa drugim jonom, itd. Proces se odvija beskonačno, što se može prikazati dijagramom:

Posljedično, u volumenu metala atomi se kontinuirano pretvaraju u ione i obrnuto. Zovu se atom-joni.

Slika 41 shematski prikazuje strukturu fragmenta metala natrijuma. Svaki atom natrijuma okružen je sa osam susjednih atoma.

Rice. 41.
Shema strukture fragmenta kristalnog natrijuma

Odvojeni spoljašnji elektroni slobodno se kreću od jednog formiranog jona do drugog, povezujući, kao da lepe, jonsku kičmu natrijuma u jedan džinovski metalni kristal (slika 42).

Rice. 42.
Dijagram metalne veze

Metalna veza ima neke sličnosti sa kovalentnom vezom, jer se zasniva na socijalizaciji spoljašnjih elektrona. Međutim, pri formiranju kovalentne veze socijaliziraju se vanjski nespareni elektroni samo dva susjedna atoma, dok u formiranju metalne veze svi atomi sudjeluju u socijalizaciji ovih elektrona. Zato su kristali s kovalentnom vezom krti, dok su oni s metalnom vezom po pravilu plastični, električno provodljivi i imaju metalni sjaj.

Na slici 43 prikazana je drevna zlatna figurica jelena, koja je već stara više od 3,5 hiljade godina, ali nije izgubila svoj plemeniti metalni sjaj, karakterističan za zlato - ovaj najplastičniji od metala.

pirinač. 43. Zlatni jelen. 6. vek BC e.

Metalna veza je karakteristična i za čiste metale i za mješavine različitih metala - legura koje su u čvrstom i tekućem stanju. Međutim, u stanju pare, atomi metala su povezani kovalentnom vezom (na primjer, žute svjetiljke su napunjene natrijumovom parom kako bi osvijetlile ulice velikih gradova). Metalni parovi se sastoje od pojedinačnih molekula (monatomskih i dvoatomnih).

Pitanje hemijskih veza je centralno pitanje nauke o hemiji. Upoznali ste se sa početnim idejama o vrstama hemijskih veza. U budućnosti ćete naučiti mnogo zanimljivih stvari o prirodi hemijske veze. Na primjer, da u većini metala, osim metalne, postoji i kovalentna veza, da postoje i druge vrste hemijskih veza.

Ključne riječi i fraze

1. Metalni priključak.
2. Atom joni.
3. Zajednički elektroni.

Rad sa računarom

1. Pogledajte elektronsku aplikaciju. Proučite materijal lekcije i dovršite predložene zadatke.
2. Pretražujte na Internetu adrese e-pošte koje mogu poslužiti kao dodatni izvori koji otkrivaju sadržaj ključnih riječi i fraza pasusa. Ponudite učitelju svoju pomoć u pripremi nove lekcije – napravite izvještaj o ključnim riječima i frazama sljedećeg pasusa.

Pitanja i zadaci

1. Metalna veza ima sličnosti sa kovalentnom vezom. Uporedite ove hemijske veze jedna s drugom.
2. Metalna veza ima sličnosti sa ionskom vezom. Uporedite ove hemijske veze jedna s drugom.
3. Kako se može povećati tvrdoća metala i legura?
4. Prema formulama supstanci odredite vrstu hemijske veze u njima: Ba, BaBr 2, HBr, Br 2.

Rijetko hemijske supstance sastoje se od pojedinačnih, nepovezanih atoma hemijskih elemenata. U normalnim uslovima, samo mali broj gasova koji se nazivaju plemeniti gasovi imaju takvu strukturu: helijum, neon, argon, kripton, ksenon i radon. Najčešće se kemijske tvari ne sastoje od različitih atoma, već od njihovih kombinacija u različite grupe. Takve kombinacije atoma mogu uključivati ​​nekoliko jedinica, stotine, hiljade ili čak više atoma. Sila koja drži ove atome u takvim grupama naziva se hemijska veza.

Drugim riječima, možemo reći da je kemijska veza interakcija koja osigurava povezivanje pojedinačnih atoma u složenije strukture (molekule, ione, radikale, kristale, itd.).

Razlog za stvaranje hemijske veze je taj što je energija složenijih struktura manja od ukupne energije pojedinačnih atoma koji je formiraju.

Dakle, posebno, ako se molekula XY formira tokom interakcije atoma X i Y, to znači da je unutrašnja energija molekula ove supstance niža od unutrašnje energije pojedinačnih atoma od kojih je nastala:

E(XY)< E(X) + E(Y)

Iz tog razloga, kada se formiraju hemijske veze između pojedinačnih atoma, oslobađa se energija.

U formiranju hemijskih veza, elektroni spoljašnjeg elektronskog sloja sa najnižom energijom veze sa jezgrom, tzv. valence. Na primjer, u boru su to elektroni 2. energetskog nivoa - 2 elektrona po 2 s- orbitale i 1 sa 2 str-orbitale:

Kada se formira hemijska veza, svaki atom teži da dobije elektronsku konfiguraciju atoma plemenitog gasa, tj. tako da se u njegovom spoljašnjem elektronskom sloju nalazi 8 elektrona (2 za elemente prvog perioda). Ovaj fenomen se zove oktetno pravilo.

Moguće je da atomi postignu elektronsku konfiguraciju plemenitog plina ako u početku pojedinačni atomi dijele neke od svojih valentnih elektrona s drugim atomima. U tom slučaju se formiraju zajednički elektronski parovi.

U zavisnosti od stepena socijalizacije elektrona, mogu se razlikovati kovalentne, jonske i metalne veze.

kovalentna veza

Kovalentna veza se najčešće javlja između atoma nemetalnih elemenata. Ako atomi nemetala koji formiraju kovalentnu vezu pripadaju različitim hemijskim elementima, takva veza se naziva kovalentna polarna veza. Razlog za ovo ime leži u činjenici da atomi različitih elemenata također imaju različitu sposobnost da privlače zajednički elektronski par k sebi. Očigledno, to dovodi do pomaka zajedničkog elektronskog para prema jednom od atoma, uslijed čega se na njemu formira djelomični negativni naboj. Zauzvrat, na drugom atomu se formira djelomični pozitivni naboj. Na primjer, u molekuli klorovodika, elektronski par se pomjera od atoma vodika do atoma klora:

Primjeri tvari s kovalentnom polarnom vezom:

CCl 4 , H 2 S, CO 2 , NH 3 , SiO 2 itd.

Kovalentna nepolarna veza se formira između atoma nemetala istog hemijskog elementa. Pošto su atomi identični, njihova sposobnost da povuku zajedničke elektrone je ista. S tim u vezi, nije uočeno pomicanje elektronskog para:

Gore navedeni mehanizam za formiranje kovalentne veze, kada oba atoma daju elektrone za formiranje zajedničkih elektronskih parova, naziva se razmjena.

Postoji i mehanizam donor-akceptor.

Kada se mehanizmom donor-akceptor formira kovalentna veza, formira se zajednički par elektrona zbog ispunjene orbitale jednog atoma (sa dva elektrona) i prazne orbitale drugog atoma. Atom koji daje nepodijeljeni elektronski par naziva se donor, a atom sa slobodnom orbitalom naziva se akceptor. Donori elektronskih parova su atomi koji imaju uparene elektrone, na primjer, N, O, P, S.

Na primjer, prema mehanizmu donor-akceptor, formiranje četvrtog kovalenta N-H veze u amonijum kationu NH 4 +:

Osim polariteta, kovalentne veze karakteriše i energija. Energija veze je minimalna energija potrebna za prekid veze između atoma.

Energija vezivanja opada sa povećanjem radijusa vezanih atoma. Pošto znamo da se atomski radijusi povećavaju niz podgrupe, možemo, na primjer, zaključiti da se jačina halogen-vodikove veze povećava u nizu:

HI< HBr < HCl < HF

Takođe, energija veze zavisi od njene višestrukosti – što je višestrukost veze veća, to je njena energija veća. Višestrukost veze je broj zajedničkih elektronskih parova između dva atoma.

Jonska veza

Jonska veza se može smatrati graničnim slučajem kovalentne polarne veze. Ako je u kovalentno-polarnoj vezi zajednički elektronski par djelomično pomaknut na jedan od para atoma, onda se u ionskoj gotovo potpuno "poklanja" jednom od atoma. Atom koji je donirao elektron(e) dobija pozitivan naboj i postaje kation, a atom koji je od njega uzeo elektrone dobija negativan naboj i postaje anion.

Dakle, ionska veza je veza nastala zbog elektrostatičkog privlačenja kationa na anione.

Formiranje ove vrste veze karakteristično je za interakciju atoma tipičnih metala i tipičnih nemetala.

Na primjer, kalijev fluorid. Kalijum kation se dobija kao rezultat odvajanja jednog elektrona od neutralnog atoma, a ion fluora nastaje spajanjem jednog elektrona na atom fluora:

Između nastalih iona nastaje sila elektrostatičke privlačnosti, zbog čega nastaje ionsko jedinjenje.

Tokom formiranja hemijske veze, elektroni sa atoma natrijuma prešli su na atom hlora i nastali su suprotno naelektrisani joni, koji imaju završen spoljni energetski nivo.

Utvrđeno je da se elektroni ne odvajaju u potpunosti od atoma metala, već se samo pomiču prema atomu hlora, kao u kovalentnoj vezi.

Većina binarnih jedinjenja koja sadrže atome metala su jonska. Na primjer, oksidi, halogenidi, sulfidi, nitridi.

Jonska veza se javlja i između jednostavnih katjona i jednostavnih aniona (F -, Cl -, S 2-), kao i između jednostavnih kationa i složenih aniona (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Prema tome, jonska jedinjenja uključuju soli i baze (Na 2 SO 4, Cu (NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca (OH) 2, NaOH).

metalni spoj

Ova vrsta veze nastaje u metalima.

Atomi svih metala imaju elektrone na vanjskom elektronskom sloju koji imaju nisku energiju veze s atomskim jezgrom. Za većinu metala gubitak vanjskih elektrona je energetski povoljan.

S obzirom na tako slabu interakciju sa jezgrom, ovi elektroni u metalima su vrlo pokretni, a u svakom metalnom kristalu se kontinuirano odvija sljedeći proces:

M 0 - ne - \u003d M n +, gdje je M 0 neutralni atom metala, a M n + kation istog metala. Slika ispod prikazuje ilustraciju tekućih procesa.

Odnosno, elektroni "jure" duž metalnog kristala, odvajaju se od jednog atoma metala, formirajući od njega kation, spajajući se s drugim kationom, formirajući neutralni atom. Ova pojava je nazvana “elektronski vjetar”, a skup slobodnih elektrona u kristalu atoma nemetala nazvan je “elektronski plin”. Ova vrsta interakcije između atoma metala naziva se metalna veza.

vodoničnu vezu

Ako je atom vodika u bilo kojoj tvari vezan za element s visokom elektronegativnošću (dušik, kisik ili fluor), takvu tvar karakterizira takav fenomen kao vodikova veza.

Budući da je atom vodika vezan za elektronegativni atom, na atomu vodika nastaje djelomični pozitivni naboj, a na elektronegativnom atomu nastaje djelomični negativni naboj. U tom smislu, postaje moguća elektrostatička privlačnost između djelomično pozitivno nabijenog atoma vodika jedne molekule i elektronegativnog atoma druge. Na primjer, za molekule vode se opaža vodonikova veza:

Vodikova veza je ta koja objašnjava anomaliju toplota topljenje vode. Pored vode, jake vodonične veze nastaju i u supstancama kao što su fluorovodonik, amonijak, kiseline koje sadrže kiseonik, fenoli, alkoholi, amini.

Jonska veza

(korišćeni su materijali web stranice http://www.hemi.nsu.ru/ucheb138.htm)

Jonska veza se vrši elektrostatičkim privlačenjem između suprotno nabijenih jona. Ovi ioni nastaju kao rezultat prijenosa elektrona s jednog atoma na drugi. Jonska veza se formira između atoma koji imaju velike razlike u elektronegativnosti (obično veće od 1,7 na Paulingovoj skali), na primjer, između alkalnih metala i halogena.

Razmotrimo pojavu ionske veze na primjeru stvaranja NaCl.

Iz elektronskih formula atoma

Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 i

Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

Može se vidjeti da je za kompletiranje vanjskog nivoa atomu natrijuma lakše dati jedan elektron nego dodati sedam, a atomu hlora je lakše dodati jedan nego sedam. U hemijskim reakcijama, atom natrija donira jedan elektron, a atom hlora ga prihvata. Kao rezultat toga, elektronske ljuske atoma natrijuma i hlora pretvaraju se u stabilne elektronske ljuske plemenitih plinova (elektronska konfiguracija katjona natrijuma

Na + 1s 2 2s 2 2p 6 ,

i elektronska konfiguracija anjona hlora

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Elektrostatička interakcija jona dovodi do stvaranja molekula NaCl.

Priroda hemijske veze često se odražava u stanju agregacije i fizičkim svojstvima supstance. Jonska jedinjenja kao što je natrijum hlorid NaCl su čvrsta i vatrostalna jer postoje snažne sile elektrostatičke privlačnosti između naboja njihovih "+" i "-" jona.

Negativno nabijeni hloridni ion privlači ne samo "svoj" ion Na +, već i druge jone natrija oko sebe. To dovodi do činjenice da u blizini bilo kojeg od iona ne postoji jedan ion suprotnog predznaka, već nekoliko.

Struktura kristala natrijum hlorida NaCl.

U stvari, postoji 6 jona natrijuma oko svakog hloridnog jona i 6 jona hlorida oko svakog jona natrijuma. Takvo uređeno pakovanje jona naziva se jonski kristal. Ako je u kristalu izoliran poseban atom klora, tada među okolnim atomima natrija više nije moguće pronaći onaj s kojim je hlor reagirao.

Privučeni jedni drugima elektrostatičkim silama, ioni su izuzetno nevoljni da mijenjaju svoju lokaciju pod utjecajem vanjske sile ili povećanja temperature. Ali ako se natrijum hlorid otopi i nastavi da se zagrijava u vakuumu, tada on isparava, formirajući dvoatomske molekule NaCl. Ovo sugerira da se sile kovalentnog vezivanja nikada u potpunosti ne isključuju.

Glavne karakteristike jonske veze i svojstva jonskih jedinjenja

1. Jonska veza je jaka hemijska veza. Energija ove veze je oko 300 – 700 kJ/mol.

2. Za razliku od kovalentne veze, jonska veza nije usmjerena, jer ion može privući ione suprotnog predznaka sebi u bilo kojem smjeru.

3. Za razliku od kovalentne veze, jonska veza je nezasićena, jer interakcija jona suprotnog predznaka ne dovodi do potpune međusobne kompenzacije njihovih polja sile.

4. U procesu formiranja molekula sa jonskom vezom ne dolazi do potpunog prenosa elektrona, stoga 100% jonska veza ne postoji u prirodi. U molekuli NaCl, hemijska veza je samo 80% jonska.

5. Jonska jedinjenja su kristalne čvrste materije sa visokim tačkama topljenja i ključanja.

6. Većina jonskih jedinjenja se rastvara u vodi. Otopine i taline jonskih jedinjenja provode električnu struju.

metalni spoj

Metalni kristali su različito raspoređeni. Ako uzmete u obzir komad metalnog natrijuma, vidjet ćete da se spolja veoma razlikuje od kuhinjske soli. Natrijum je mekan metal, lako se seče nožem, spljošti čekićem, lako se rastopi u šolji na špiritu (tačka topljenja 97,8 o C). U kristalu natrijuma, svaki atom je okružen sa osam drugih sličnih atoma.

Struktura kristala metalnog Na.

Sa slike se može vidjeti da atom Na u centru kocke ima 8 najbližih susjeda. Ali isto se može reći i za bilo koji drugi atom u kristalu, pošto su svi isti. Kristal se sastoji od "beskonačno" ponavljajućih fragmenata prikazanih na ovoj slici.

Atomi metala na vanjskom energetskom nivou sadrže mali broj valentnih elektrona. Pošto je energija jonizacije atoma metala niska, valentni elektroni se slabo zadržavaju u tim atomima. Kao rezultat toga, pozitivno nabijeni ioni i slobodni elektroni pojavljuju se u kristalnoj rešetki metala. U ovom slučaju metalni kationi se nalaze u čvorovima kristalne rešetke, a elektroni se slobodno kreću u polju pozitivnih centara, formirajući takozvani "elektronski gas".

Prisustvo negativno nabijenog elektrona između dva kationa dovodi do činjenice da svaki kation interagira s ovim elektronom.

dakle, metalna veza je veza između pozitivnih jona u metalnim kristalima, koja se izvodi privlačenjem elektrona koji se slobodno kreću kroz kristal.

Budući da su valentni elektroni u metalu ravnomjerno raspoređeni po kristalu, metalna veza je, kao i ionska, neusmjerena. Za razliku od kovalentne veze, metalna veza je nezasićena veza. Metalna veza se razlikuje od kovalentne i po snazi. Energija metalne veze je tri do četiri puta manja od energije kovalentne veze.

Zbog velike pokretljivosti elektronskog plina, metale karakterizira visoka električna i toplinska provodljivost.

Metalni kristal izgleda dovoljno jednostavno, ali njegova elektronska struktura je zapravo složenija od one kristala jonske soli. Na vanjskoj elektronskoj ljusci metalnih elemenata nema dovoljno elektrona za formiranje punopravne "oktetne" kovalentne ili ionske veze. Stoga se u plinovitom stanju većina metala sastoji od jednoatomnih molekula (tj. pojedinačnih, nepovezanih atoma). Tipičan primjer je živina para. Dakle, metalna veza između atoma metala se javlja samo u tekućem i čvrstom stanju agregacije.

Metalna veza se može opisati na sljedeći način: neki od atoma metala u rezultirajućem kristalu predaju svoje valentne elektrone u prostor između atoma (u natriju je to ... 3s1), pretvarajući se u ione. Pošto su svi atomi metala u kristalu isti, svaki od njih ima jednaku šansu da izgubi valentni elektron.

Drugim riječima, prijelaz elektrona između neutralnih i joniziranih atoma metala odvija se bez potrošnje energije. U tom slučaju, dio elektrona uvijek završi u prostoru između atoma u obliku "elektronskog plina".

Ovi slobodni elektroni, prvo, drže atome metala na određenoj ravnotežnoj udaljenosti jedan od drugog.

Drugo, daju metalima karakterističan "metalni sjaj" (slobodni elektroni mogu komunicirati s kvantima svjetlosti).

Treće, slobodni elektroni daju metalima dobru električnu provodljivost. Visoka toplinska provodljivost metala također se objašnjava prisustvom slobodnih elektrona u međuatomskom prostoru - oni lako "reaguju" na promjene energije i doprinose njenom brzom prijenosu u kristalu.

Pojednostavljeni model elektronske strukture metalnog kristala.

******** Na primjeru metalnog natrijuma, razmotrimo prirodu metalne veze sa stanovišta ideja o atomske orbitale. Atom natrija, kao i mnogi drugi metali, ima nedostatak valentnih elektrona, ali postoje slobodne valentne orbitale. Jedini 3s elektron natrijuma može se kretati na bilo koju od slobodnih i bliskih po energiji susjednih orbitala. Kada se atomi u kristalu približavaju jedan drugome, vanjske orbitale susjednih atoma se preklapaju, zbog čega se donirani elektroni slobodno kreću kroz kristal.

Međutim, "elektronski gas" nije nimalo poremećen, kako se čini. Slobodni elektroni u metalnom kristalu nalaze se u preklapajućim orbitalama i donekle su socijalizovani, formirajući neku vrstu kovalentnih veza. Natrijum, kalijum, rubidijum i drugi metalni s-elementi jednostavno imaju malo zajedničkih elektrona, tako da su njihovi kristali krhki i topljivi. S povećanjem broja valentnih elektrona, čvrstoća metala, u pravilu, raste.

Dakle, elementi teže stvaranju metalne veze, čiji atomi na vanjskim omotačima imaju malo valentnih elektrona. Ovi valentni elektroni, koji provode metalnu vezu, toliko su socijalizirani da se mogu kretati kroz cijeli metalni kristal i osigurati visoku električnu provodljivost metala.

Kristal NaCl ne provodi struju jer u prostoru između jona nema slobodnih elektrona. Svi elektroni donirani atomima natrija čvrsto drže kloridne ione oko sebe. Ovo je jedna od bitnih razlika između ionskih kristala i metalnih.

Ono što sada znate o metalnoj vezi takođe objašnjava visoku savitljivost (duktilnost) većine metala. Metal se može spljoštiti u tanak lim, uvući u žicu. Činjenica je da odvojeni slojevi atoma u metalnom kristalu mogu relativno lako kliziti jedan preko drugog: mobilni "elektronski plin" neprestano omekšava kretanje pojedinačnih pozitivnih jona, štiteći ih jedan od drugog.

Naravno, ništa slično ne može da se uradi sa kuhinjskom solju, iako je so takođe kristalna supstanca. U ionskim kristalima, valentni elektroni su čvrsto vezani za jezgro atoma. Pomicanje jednog sloja jona u odnosu na drugi dovodi do konvergencije jona istog naboja i uzrokuje snažno odbijanje između njih, što rezultira uništenjem kristala (NaCl je krta tvar).

Pomicanje slojeva ionskog kristala uzrokuje pojavu velikih odbojnih sila između sličnih jona i uništavanje kristala.

Navigacija

• Rješavanje kombiniranih zadataka na osnovu kvantitativnih karakteristika tvari
• Rješavanje problema. Zakon konstantnosti sastava supstanci. Proračuni koristeći koncepte "molarne mase" i "hemijske količine" supstance

Metalni priključak. Svojstva metalne veze.

Metalna veza je hemijska veza zbog prisustva relativno slobodnih elektrona. To je tipično za čiste metale i njihove legure i intermetalne spojeve.

Mehanizam metalne veze

Pozitivni ioni metala nalaze se u svim čvorovima kristalne rešetke. Između njih nasumično, poput molekula plina, kreću se valentni elektroni, otkačeni od atoma tokom formiranja jona. Ovi elektroni igraju ulogu cementa, držeći pozitivne ione zajedno; inače bi se rešetka raspala pod dejstvom odbojnih sila između jona. U isto vrijeme, elektrone također drže joni unutar kristalne rešetke i ne mogu je napustiti. Komunikacijske snage nisu lokalizirane i nisu usmjerene. Iz tog razloga se u većini slučajeva pojavljuju visoki koordinacioni brojevi (npr. 12 ili 8). Kada se dva atoma metala približe jedan drugom, njihove vanjske orbitale se preklapaju i formiraju molekularne orbitale. Ako se pojavi treći atom, njegova orbitala se preklapa s orbitalama prva dva atoma, dajući još jednu molekularnu orbitalu. Kada postoji mnogo atoma, postoji ogroman broj trodimenzionalnih molekularnih orbitala koje se protežu u svim smjerovima. Zbog višestrukog preklapanja orbitala, na valentne elektrone svakog atoma utiče mnogo atoma.

karakteristika kristalne rešetke

Većina metala formira jednu od sljedećih visoko simetričnih, usko zbijenih rešetki: kubnu sa središtem tijela, kubnu sa središtem lica i heksagonalnu.

U kubičnoj tjelesno centriranoj rešetki (bcc), atomi se nalaze na vrhovima kocke, a jedan atom se nalazi u središtu volumena kocke. Metali imaju kubičnu rešetku usredsređenu na tijelo: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba, itd.

U kubičnoj rešetki centriranoj na lice (fcc), atomi su locirani na vrhovima kocke iu centru svake površine. Metali ovog tipa imaju rešetku: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co, itd.

U heksagonalnoj rešetki atomi se nalaze na vrhovima i centru heksagonalnih osnova prizme, a tri atoma se nalaze u srednjoj ravni prizme. Metali imaju takvo pakiranje atoma: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca, itd.

Ostale nekretnine

Elektroni koji se slobodno kreću uzrokuju visoku električnu i toplotnu provodljivost. Tvari s metalnom vezom često kombinuju snagu sa duktilnošću, jer kada se atomi pomjeraju jedan u odnosu na drugi, veze se ne prekidaju. Još jedno važno svojstvo je metalna aromatičnost.

Metali dobro provode toplinu i struju, dovoljno su jaki, mogu se deformirati bez lomljenja. Neki metali su savitljivi (mogu se kovati), neki su savitljivi (mogu se uvući u žicu). Ova jedinstvena svojstva objašnjavaju se posebnom vrstom hemijske veze koja povezuje atome metala jedan s drugim - metalnom vezom.

Metali u čvrstom stanju postoje u obliku kristala pozitivnih iona, kao da "plutaju" u moru elektrona koji se slobodno kreću između njih.

Metalna veza objašnjava svojstva metala, posebno njihovu snagu. Pod djelovanjem deformirajuće sile, metalna rešetka može promijeniti svoj oblik bez pucanja, za razliku od ionskih kristala.

Visoka toplinska provodljivost metala objašnjava se činjenicom da ako se komad metala zagrije s jedne strane, tada će se povećati kinetička energija elektrona. Ovo povećanje energije će se širiti u "elektronskom moru" kroz uzorak velikom brzinom.

Električna provodljivost metala takođe postaje jasna. Ako se razlika potencijala primeni na krajeve metalnog uzorka, tada će se oblak delokalizovanih elektrona pomeriti u pravcu pozitivnog potencijala: ovaj tok elektrona koji se kreću u istom smeru je poznata električna struja.

Metalni priključak. Svojstva metalne veze. - koncept i vrste. Klasifikacija i karakteristike kategorije "Metalna veza. Svojstva metalne veze." 2017, 2018.