Primjeri što je metalna veza. Metalna kemijska veza. Cijele lekcije - Hipermarket znanja. Karakteristike ionske veze

Svrha lekcije

• Opišite metalnu kemijsku vezu.

• Naučiti zapisati nastanak metalne veze.

• Upoznati se s fizikalnim svojstvima metala.

• Naučite jasno razlikovati vrste kemijske veze .

Ciljevi lekcije

• Saznajte kako oni međusobno djeluju atomi metala

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

Osnovni pojmovi:

• Elektronegativnost - kemijsko svojstvo atom, što je kvantitativna karakteristika sposobnosti atoma u molekuli da sebi privuče zajedničke elektronske parove.
• kemijska veza - fenomen međudjelovanja atoma, zbog preklapanja elektronskih oblaka atoma koji međusobno djeluju.
• metalni spoj - ovo je veza u metalima između atoma i iona, nastala zbog socijalizacije elektrona.
• kovalentna veza - kemijska veza, nastaje preklapanjem para valentnih elektrona. Elektroni koji stvaraju vezu nazivaju se zajedničkim elektronskim parom. Postoje 2 vrste: polarni i nepolarni.
• Ionska veza - kemijska veza koja nastaje između atoma nemetala, u kojoj zajednički elektronski par prelazi na atom s većom elektronegativnošću. Kao rezultat toga, atomi se privlače poput suprotno nabijenih tijela.
• vodikova veza - kemijska veza između elektronegativnog atoma i vodikovog atoma H koji je kovalentno vezan na drugi elektronegativni atom. Kao elektronegativni atomi mogu djelovati N, O ili F. Vodikove veze mogu biti međumolekularne i unutarmolekularne.

  TIJEKOM NASTAVE

metalna kemijska veza

Identificirajte elemente koji su u pogrešnom "redu". Zašto?
Ca Fe P K Al Mg Na
Koji elementi iz tablice Mendeljejev zove metali?
Danas ćemo saznati koja svojstva imaju metali i kako ona ovise o vezi koja se stvara između metalnih iona.
Prvo, prisjetimo se mjesta metala u periodnom sustavu?
Metali, kao što svi znamo, obično ne postoje u obliku izoliranih atoma, već u obliku komada, ingota ili metalnog proizvoda. Otkrijmo što okuplja atome metala u integralnom volumenu.

U primjeru vidimo komad zlata. I usput, zlato je jedinstveni metal. Kovanjem čistog zlata možete napraviti foliju debljine 0,002 mm! takav najmanji list folije je gotovo proziran i ima zelenu nijansu lumena. Kao rezultat toga, od zlatnog ingota veličine kutije šibica, možete dobiti tanku foliju koja će pokriti područje teniskog terena.
U kemijskom smislu, sve metale karakterizira lakoća otpuštanja valentnih elektrona, i kao rezultat toga, stvaranje pozitivno nabijenih iona i pokazuju samo pozitivnu oksidaciju. Zato su metali u slobodnom stanju redukciona sredstva. Zajednička značajka atoma metala je njihova velika veličina u odnosu na nemetale. Vanjski elektroni nalaze se na velikim udaljenostima od jezgre i stoga su slabo vezani za nju, stoga se lako odvajaju.
Atomi većeg broja metala na vanjskoj razini imaju mali broj elektrona - 1,2,3. Ti se elektroni lako odvajaju i atomi metala postaju ioni.
Me0 – n ē ⇆ Muškarci+
atomi metala – elektroni vanjski. orbite ⇆ metalni ioni

Dakle, odvojeni elektroni mogu prelaziti s jednog iona na drugi, odnosno oslobađaju se i, takoreći, povezuju ih u jedinstvenu cjelinu. Dakle, ispada da su svi odvojeni elektroni zajednički, jer je nemoguće razumjeti koji elektron pripada kojem od atoma metala.
Elektroni se mogu spojiti s kationima, tada se privremeno formiraju atomi iz kojih se zatim otkidaju elektroni. Ovaj proces je u tijeku i bez prestanka. Ispada da se u većini atomi metala kontinuirano pretvaraju u ione i obrnuto. U ovom slučaju mali broj zajedničkih 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 električki neutralan.
Takav proces je predstavljen kao model - metalni ioni nalaze se u oblaku elektrona. Takav elektronski oblak naziva se "elektronski plin".

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

Riža. 2. Gibanje elektrona

Kako bismo bolje razumjeli što je plin elektron i kako se ponaša u kemijskim reakcijama različitih metala, pogledajmo zanimljiv video. (zlato se u ovom videu naziva samo bojom!)

Sada možemo napisati definiciju: metalna veza je veza u metalima između atoma i iona, nastala socijalizacijom elektrona.

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

Metalna veza se ne javlja samo u čistim metalima, već je karakteristična i za mješavine različitih metala, legura u različitim agregatnim stanjima.
Metalna veza je važna i određuje osnovna svojstva metala
- električna vodljivost - nasumično kretanje elektrona u volumenu metala. Ali s malom razlikom potencijala, tako da se elektroni gibaju na uredan način. Metali s najboljom vodljivošću su Ag, Cu, Au, Al.
- plastičnost
Veze između metalnih slojeva nisu jako značajne, to vam omogućuje pomicanje slojeva pod opterećenjem (deformirajte metal bez njegovog lomljenja). Najbolje 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

Domaća zadaća

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

Metalni natrij, metalni litij i drugi alkalijski metali mijenjaju boju plamena. Metalni litij i njegove soli daju vatri crvenu boju, metalni natrij i natrijeve soli žutu, metalni kalij i njegove soli ljubičastu, a rubidij i cezij također ljubičastu, ali svjetliju.

Riža. 4. Komad metalnog litija

Riža. 5. Bojanje plamena metalima

Litij (Li). Metalni litij, kao i metalni natrij, je alkalni metal. Oba se otapaju u vodi. Natrij se otapa u vodi i stvara natrijev hidroksid, vrlo jaku kiselinu. Kada se alkalni metali otope u vodi, oslobađa se mnogo topline i plina (vodika). Preporučljivo je ne dirati takve metale rukama jer se možete opeći.

Bibliografija

1. Lekcija na temu "Metalna kemijska veza", učiteljica kemije Tukhta Valentina Anatolyevna MOU "Esenovichskaya secondary school"
2. F. A. Derkach "Kemija", - znanstveno-metodički priručnik. - Kijev, 2008.
3. L. B. Tsvetkova "Anorganska kemija" - 2. izdanje, ispravljeno i dopunjeno. – Lvov, 2006.
4. V. V. Malinovsky, P. G. Nagorny "Anorganska kemija" - Kijev, 2009.
5. Glinka N.L. Opća kemija. - 27 izd. / Under. izd. V.A. Rabinovich. - L .: Kemija, 2008. - 704 str.

Uredio i poslao Lisnyak A.V.

Radili na lekciji:

Tukhta V.A.

Lisnyak A.V.

Možete postaviti pitanje o suvremenom obrazovanju, izraziti ideju ili riješiti hitan problem na Obrazovni forum gdje se obrazovno vijeće svježe misli i djelovanja sastaje na međunarodnoj razini. Stvorivši blog, Kemija 8. razred

Naučili ste kako atomi metala i nemetala međusobno djeluju (elektroni prelaze iz prvog u drugi), kao i atomi nemetala međusobno (nespareni elektroni vanjskih elektroničkih slojeva svojih atoma spajaju se 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. Što drži atome metala zajedno?

Atomi većine metalnih elemenata na vanjskoj razini sadrže mali broj elektrona - 1, 2, 3. Ti se elektroni lako odvajaju, a atomi se pretvaraju u pozitivne ione. Odvojeni elektroni prelaze s jednog iona na drugi, povezujući ih u jednu cjelinu.

Jednostavno je nemoguće dokučiti koji je elektron pripadao kojem atomu. Svi odvojeni elektroni postali su zajednički. Spajajući se s ionima, ti elektroni privremeno formiraju atome, zatim se ponovno odvajaju i spajaju s drugim ionom, itd. Proces se odvija beskrajno, što se može prikazati dijagramom:

Posljedično, u volumenu metala atomi se kontinuirano pretvaraju u ione i obrnuto. Nazivaju se atom-ioni.

Slika 41 shematski prikazuje strukturu fragmenta metalnog natrija. Svaki atom natrija okružen je s osam susjednih atoma.

Riža. 41.
Shema strukture fragmenta kristalnog natrija

Odvojeni vanjski elektroni slobodno se kreću od jednog formiranog iona do drugog, povezujući, kao da lijepe, ionsku okosnicu natrija u jedan divovski metalni kristal (Sl. 42).

Riža. 42.
Dijagram metalne veze

Metalna veza ima neke sličnosti s kovalentnom vezom, budući da se temelji na socijalizaciji vanjskih elektrona. Međutim, pri stvaranju kovalentne veze socijaliziraju se vanjski nespareni elektroni samo dva susjedna atoma, dok pri stvaranju metalne veze svi atomi sudjeluju u socijalizaciji tih elektrona. Zato su kristali s kovalentnom vezom krti, dok su oni s metalnom vezom u pravilu plastični, elektrovodljivi i imaju metalni sjaj.

Slika 43 prikazuje drevnu zlatnu figuricu jelena, koja je već više od 3,5 tisuća godina, ali nije izgubila svoj plemeniti metalni sjaj, koji je karakterističan za zlato - ovaj najplastičniji metal.

riža. 43. Zlatni jelen. 6. stoljeće PRIJE KRISTA e.

Metalna veza karakteristična je i za čiste metale i za mješavine raznih metala – legura koje su u krutom i tekućem stanju. Međutim, u parovitom stanju atomi metala međusobno su povezani kovalentnom vezom (na primjer, žarulje žute svjetlosti pune se natrijevom parom kako bi osvijetlile ulice velikih gradova). Metalni parovi sastoje se od pojedinačnih molekula (jednoatomskih i dvoatomskih).

Pitanje kemijske veze središnje je pitanje kemijske znanosti. Upoznali ste se s početnim predodžbama o vrstama kemijskih veza. U budućnosti ćete naučiti puno zanimljivih stvari o prirodi kemijske veze. Na primjer, da u većini metala, osim metalne veze, postoji i kovalentna veza, da postoje i druge vrste kemijskih veza.

Ključne riječi i fraze

1. Metalni spoj.
2. Atomski ioni.
3. Zajednički elektroni.

Rad s računalom

1. Pogledajte elektroničku prijavu. Proučite gradivo lekcije i ispunite predložene zadatke.
2. Potražite na internetu adrese e-pošte koje mogu poslužiti kao dodatni izvori koji otkrivaju sadržaj ključnih riječi i fraza odlomka. Ponudite učitelju svoju pomoć u pripremi nove lekcije – napravite izvještaj o ključnim riječima i izrazima sljedećeg odlomka.

Pitanja i zadaci

1. Metalna veza ima sličnosti s kovalentnom vezom. Usporedite te kemijske veze međusobno.
2. Metalna veza ima sličnosti s ionskom vezom. Usporedite te kemijske veze međusobno.
3. Kako se može povećati tvrdoća metala i legura?
4. Prema formulama tvari odredite vrstu kemijske veze u njima: Ba, BaBr 2, HBr, Br 2.

Rijetko kemijske tvari sastoje se od pojedinačnih, nepovezanih atoma kemijskih elemenata. U normalnim uvjetima takvu strukturu ima samo mali broj plinova koji se nazivaju plemeniti plinovi: helij, neon, argon, kripton, ksenon i radon. Najčešće se kemijske tvari ne sastoje od različitih atoma, već od njihovih kombinacija u različite skupine. Takve kombinacije atoma mogu uključivati ​​nekoliko jedinica, stotine, tisuće ili čak više atoma. Sila koja drži te atome u takvim skupinama naziva se kemijska veza.

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

Razlog nastanka kemijske veze je taj što je energija složenijih struktura manja od ukupne energije pojedinačnih atoma koji je tvore.

Dakle, konkretno, ako se molekula XY formira tijekom interakcije atoma X i Y, to znači da je unutarnja energija molekula te tvari manja od unutarnje energije pojedinačnih atoma iz kojih je nastala:

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

Iz tog razloga, kada se kemijske veze formiraju između pojedinih atoma, oslobađa se energija.

U stvaranju kemijskih veza, elektroni vanjskog elektronskog sloja s najmanjom energijom vezanja s jezgrom, tzv. valencija. Na primjer, u boru su to elektroni 2. energetske razine - 2 elektrona po 2 s- orbitale i 1 sa 2 str-orbitale:

Kada se formira kemijska veza, svaki atom nastoji dobiti elektroničku konfiguraciju atoma plemenitog plina, tj. tako da se u njegovom vanjskom elektronskom sloju nalazi 8 elektrona (2 za elemente prve periode). Taj se fenomen naziva pravilom okteta.

Moguće je da atomi postignu elektroničku konfiguraciju plemenitog plina ako u početku pojedinačni atomi dijele dio svojih valentnih elektrona s drugim atomima. U tom slučaju nastaju zajednički elektronski parovi.

Ovisno o stupnju socijalizacije elektrona, razlikuju se kovalentne, ionske i metalne veze.

kovalentna veza

Kovalentna veza najčešće se javlja između atoma elemenata nemetala. Ako atomi nemetala koji tvore kovalentnu vezu pripadaju različitim kemijskim elementima, takva se veza naziva kovalentna polarna veza. Razlog za ovaj naziv leži u činjenici da atomi različitih elemenata također imaju različitu sposobnost privlačenja zajedničkog elektronskog para za sebe. Očito, to dovodi do pomaka zajedničkog elektronskog para prema jednom od atoma, zbog čega se na njemu stvara djelomični negativni naboj. S druge strane, djelomični pozitivni naboj nastaje na drugom atomu. Na primjer, u molekuli klorovodika, elektronski par je pomaknut s atoma vodika na atom klora:

Primjeri tvari s kovalentnom polarnom vezom:

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

Kovalentna nepolarna veza nastaje između atoma nemetala istog kemijskog elementa. Budući da su atomi identični, njihova sposobnost privlačenja zajedničkih elektrona je ista. S tim u vezi, ne opaža se pomak elektronskog para:

Gornji mehanizam za stvaranje kovalentne veze, kada oba atoma daju elektrone za formiranje zajedničkih elektronskih parova, naziva se izmjena.

Postoji i mehanizam donor-akceptor.

Pri formiranju kovalentne veze donor-akceptorskim mehanizmom nastaje zajednički elektronski par zbog popunjene orbitale jednog atoma (s 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 sparene elektrone, na primjer N, O, P, S.

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

Osim polarnosti, kovalentne veze karakterizira i energija. Energija veze je minimalna energija potrebna za prekid veze između atoma.

Energija vezanja opada s povećanjem polumjera vezanih atoma. Budući da znamo da atomski polumjeri rastu niz podskupine, možemo, na primjer, zaključiti da se snaga veze halogen-vodik povećava u nizu:

BOK< HBr < HCl < HF

Također, energija veze ovisi o njenoj višestrukosti – što je veća višestrukost veze, veća je i njena energija. Višestrukost veze je broj zajedničkih elektronskih parova između dva atoma.

Ionska veza

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

Dakle, ionska veza je veza nastala uslijed elektrostatskog privlačenja kationa prema anionima.

Stvaranje ove vrste veze karakteristično je za međudjelovanje atoma tipičnih metala i tipičnih nemetala.

Na primjer, kalijev fluorid. Kation kalija nastaje kao rezultat odvajanja jednog elektrona od neutralnog atoma, a ion fluora nastaje spajanjem jednog elektrona na atom fluora:

Između nastalih iona nastaje sila elektrostatskog privlačenja, uslijed čega nastaje ionski spoj.

Prilikom stvaranja kemijske veze elektroni s atoma natrija prelaze na atom klora i nastaju suprotno nabijeni ioni koji imaju završenu vanjsku energetsku razinu.

Utvrđeno je da se elektroni ne odvajaju potpuno od atoma metala, već samo pomiču prema atomu klora, kao kod kovalentne veze.

Većina binarnih spojeva koji sadrže metalne atome su ionski. Na primjer, oksidi, halogenidi, sulfidi, nitridi.

Ionska veza također se javlja između jednostavnih kationa i jednostavnih aniona (F -, Cl -, S 2-), kao i između jednostavnih kationa i složenih aniona (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Stoga u ionske spojeve spadaju 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 vezanja s atomskom jezgrom. Za većinu metala gubitak vanjskih elektrona je energetski povoljan.

S obzirom na tako slabu interakciju s jezgrom, ti su elektroni u metalima vrlo pokretljivi, au svakom metalnom kristalu kontinuirano se odvija sljedeći proces:

M 0 - ne - \u003d M n +, gdje je M 0 neutralni atom metala, a M n + kation istog metala. Donja slika prikazuje ilustraciju procesa koji su u tijeku.

To jest, elektroni "jure" duž metalnog kristala, odvajaju se od jednog metalnog atoma, stvarajući od njega kation, pridružujući se drugom kationu, tvoreći neutralni atom. Taj je fenomen nazvan “elektronički vjetar”, a skup slobodnih elektrona u kristalu atoma nemetala nazvan je “elektronski plin”. Ova vrsta interakcije između metalnih atoma naziva se metalna veza.

vodikova veza

Ako je atom vodika u bilo kojoj tvari vezan na element s visokom elektronegativnošću (dušik, kisik ili fluor), takva je tvar karakterizirana takvim fenomenom kao što je vodikova veza.

Budući da je atom vodika vezan na elektronegativni atom, na atomu vodika nastaje djelomični pozitivni naboj, a na elektronegativnom atomu nastaje djelomični negativni naboj. U tom smislu, elektrostatsko privlačenje postaje moguće između djelomično pozitivno nabijenog atoma vodika jedne molekule i elektronegativnog atoma druge. Na primjer, vodikova veza opažena je za molekule vode:

Vodikova veza je ta koja objašnjava anomaliju toplina taljenje vode. Osim u vodi, jake vodikove veze stvaraju se i u tvarima kao što su fluorovodik, amonijak, kiseline koje sadrže kisik, fenoli, alkoholi, amini.

Ionska veza

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

Ionska veza se provodi elektrostatskim privlačenjem između suprotno nabijenih iona. Ti ioni nastaju kao rezultat prijenosa elektrona s jednog atoma na drugi. Ionska veza nastaje između atoma koji imaju velike razlike u elektronegativnosti (obično veće od 1,7 na Paulingovoj ljestvici), na primjer, između alkalnih metala i halogena.

Razmotrimo pojavu ionske veze na primjeru nastanka NaCl.

Iz elektroničkih 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 dovršetak vanjske razine atomu natrija lakše prepustiti jedan elektron nego dodati sedam, a atomu klora lakše je dodati jedan nego odustati od sedam. U kemijskim reakcijama atom natrija preda jedan elektron, a atom klora ga prihvati. Kao rezultat toga, elektronske ljuske atoma natrija i klora pretvaraju se u stabilne elektronske ljuske plemenitih plinova (elektronska konfiguracija natrijeva kationa

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

i elektronska konfiguracija aniona klora

Cl – - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6).

Elektrostatska interakcija iona dovodi do stvaranja molekule NaCl.

Priroda kemijske veze često se odražava na stanje agregacije i fizikalna svojstva tvari. Ionski spojevi kao što je natrijev klorid NaCl čvrsti su i vatrostalni jer postoje snažne sile elektrostatskog privlačenja između naboja njihovih "+" i "-" iona.

Negativno nabijen kloridni ion privlači ne samo "svoj" Na + ion, već i druge natrijeve ione oko sebe. To dovodi do činjenice da u blizini bilo kojeg od iona nema jednog iona sa suprotnim znakom, već nekoliko.

Struktura kristala natrijeva klorida NaCl.

U stvari, postoji 6 natrijevih iona oko svakog kloridnog iona i 6 kloridnih iona oko svakog natrijevog iona. Takvo uređeno pakiranje iona naziva se ionski kristal. Ako je u kristalu izoliran zasebni atom klora, tada među okolnim atomima natrija više nije moguće pronaći onaj s kojim je klor reagirao.

Privučeni jedni drugima elektrostatskim silama, ioni vrlo nevoljko mijenjaju svoj položaj pod utjecajem vanjske sile ili povećanja temperature. Ali ako se natrijev klorid rastali i nastavi zagrijavati u vakuumu, tada isparava, stvarajući dvoatomne molekule NaCl. Ovo sugerira da sile kovalentne veze nikada nisu potpuno isključene.

Glavne karakteristike ionske veze i svojstva ionskih spojeva

1. Ionska veza je jaka kemijska veza. Energija ove veze je oko 300 – 700 kJ/mol.

2. Za razliku od kovalentne veze, ionska je veza neusmjerena, budući da ion može privući ione suprotnog predznaka na sebe u bilo kojem smjeru.

3. Za razliku od kovalentne veze, ionska je veza nezasićena, jer međudjelovanje iona suprotnog predznaka ne dovodi do potpune međusobne kompenzacije njihovih polja sila.

4. U procesu nastanka molekula s ionskom vezom ne dolazi do potpunog prijenosa elektrona pa stoga u prirodi ne postoji 100% ionska veza. U molekuli NaCl kemijska veza je samo 80% ionska.

5. Ionski spojevi su kristalne krutine s visokim talištem i vrelištem.

6. Većina ionskih spojeva otapa se u vodi. Otopine i taline ionskih spojeva provode električnu struju.

metalni spoj

Metalni kristali su drugačije raspoređeni. Ako uzmete u obzir komad metalnog natrija, vidjet ćete da se izvana vrlo razlikuje od kuhinjske soli. Natrij je mekan metal, lako se reže nožem, ravna čekićem, lako se topi u šalici na špiritusnoj lampi (talište 97,8 o C). U kristalu natrija, svaki atom je okružen s osam drugih sličnih atoma.

Struktura kristala metalnog Na.

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

Atomi metala na vanjskoj energetskoj razini sadrže mali broj valentnih elektrona. Budući da je energija ionizacije metalnih atoma niska, valentni elektroni se slabo zadržavaju u tim atomima. Zbog toga se u kristalnoj rešetki metala pojavljuju pozitivno nabijeni ioni i slobodni elektroni. U ovom slučaju, metalni kationi nalaze se u čvorovima kristalne rešetke, a elektroni se slobodno kreću u polju pozitivnih centara, tvoreći takozvani "elektronski plin".

Prisutnost negativno nabijenog elektrona između dva kationa dovodi do činjenice da svaki kation stupa u interakciju s ovim elektronom.

Tako, metalna veza je veza između pozitivnih iona u metalnim kristalima, koja se ostvaruje privlačenjem elektrona koji se slobodno kreću po kristalu.

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

Zbog velike mobilnosti elektronskog plina, metali se odlikuju visokom električnom i toplinskom vodljivošću.

Metalni kristal izgleda dovoljno jednostavno, ali njegova je elektronička struktura zapravo složenija od strukture ionskih kristala soli. Na vanjskoj elektronskoj ljusci metalnih elemenata nema dovoljno elektrona za stvaranje punopravne "oktetne" kovalentne ili ionske veze. Stoga se u plinovitom stanju većina metala sastoji od monoatomskih molekula (tj. pojedinačnih, nepovezanih atoma). Tipičan primjer su živine pare. Dakle, metalna veza između atoma metala javlja se samo u tekućem i čvrstom agregatnom stanju.

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

Drugim riječima, prijelaz elektrona između neutralnih i ioniziranih metalnih atoma događa se bez utroška energije. U tom slučaju dio elektrona uvijek završi u međuatomskom prostoru u obliku "elektronskog plina".

Ti 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 vodljivost. Visoka toplinska vodljivost metala također se objašnjava prisutnošću slobodnih elektrona u međuatomskom prostoru - oni lako "odgovaraju" na promjene energije i pridonose njezinom brzom prijenosu u kristalu.

Pojednostavljeni model elektroničke strukture metalnog kristala.

******** Na primjeru metalnog natrija, razmotrimo prirodu metalne veze sa stajališta ideja o atomskim orbitalama. Atom natrija, kao i mnogi drugi metali, ima nedostatak valentnih elektrona, ali postoje slobodne valentne orbitale. Jedini 3s elektron natrija može se kretati u bilo koju od slobodnih i energetski bliskih susjednih orbitala. Kada se atomi u kristalu približavaju jedni drugima, vanjske orbitale susjednih atoma se preklapaju, zbog čega se donirani elektroni slobodno kreću po kristalu.

Međutim, "elektronski plin" nije nimalo neuredan, kako bi se moglo činiti. Slobodni elektroni u metalnom kristalu nalaze se u orbitalama koje se preklapaju i do neke su mjere socijalizirani, tvoreći neku vrstu kovalentnih veza. Natrij, kalij, rubidij i drugi metalni s-elementi jednostavno imaju malo zajedničkih elektrona, pa 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 ljuskama imaju malo valentnih elektrona. Ovi valentni elektroni, koji provode metalnu vezu, socijalizirani su do te mjere da se mogu kretati kroz cijeli metalni kristal i osigurati visoku električnu vodljivost metala.

Kristal NaCl ne provodi struju jer u prostoru između iona nema slobodnih elektrona. Svi elektroni koje doniraju atomi natrija čvrsto drže kloridne ione oko sebe. To je jedna od bitnih razlika između ionskih kristala i metalnih.

Ono što sada znate o metalnoj vezi također objašnjava visoku savitljivost (duktilnost) većine metala. Metal se može spljoštiti u tanku ploču, uvući u žicu. Činjenica je da odvojeni slojevi atoma u metalnom kristalu mogu relativno lako kliziti jedan preko drugoga: pokretni "elektronski plin" stalno ublažava kretanje pojedinačnih pozitivnih iona, štiteći ih jedne od drugih.

Naravno, ništa se takvo ne može učiniti s kuhinjskom soli, iako je i sol kristalna tvar. U ionskim kristalima valentni elektroni su čvrsto vezani za jezgru atoma. Pomicanje jednog sloja iona u odnosu na drugi dovodi do konvergencije iona istog naboja i uzrokuje snažno odbijanje između njih, što rezultira razaranjem kristala (NaCl je krta tvar).

Pomicanje slojeva ionskog kristala uzrokuje pojavu velikih odbojnih sila između sličnih iona i razaranje kristala.

Navigacija

• Rješavanje kombiniranih zadataka na temelju kvantitativnih svojstava tvari
• Rješavanje problema. Zakon stalnosti sastava tvari. Izračuni koji koriste koncepte "molarne mase" i "kemijske količine" tvari

Metalni spoj. Svojstva metalne veze.

Metalna veza je kemijska veza zbog prisutnosti relativno slobodnih elektrona. Tipično je i za čiste metale i za njihove legure i intermetalne spojeve.

Mehanizam metalne veze

Pozitivni metalni ioni nalaze se u svim čvorovima kristalne rešetke. Između njih se nasumično, poput molekula plina, kreću valentni elektroni, otkačeni od atoma tijekom stvaranja iona. Ovi elektroni igraju ulogu cementa, držeći pozitivne ione zajedno; inače bi se rešetka raspala pod djelovanjem odbojnih sila između iona. U isto vrijeme, elektrone također drže ioni unutar kristalne rešetke i ne mogu je napustiti. Komunikacijske snage nisu lokalizirane i neusmjerene. Zbog toga se u većini slučajeva pojavljuju visoki koordinacijski brojevi (npr. 12 ili 8). Kada se dva metalna atoma približe jedan drugome, njihove orbitale vanjske ljuske preklapaju se i tvore molekularne orbitale. Ako se pojavi treći atom, njegova se orbitala 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, valentni elektroni svakog atoma su pod utjecajem mnogih atoma.

karakteristika kristalne rešetke

Većina metala tvori jednu od sljedećih visoko simetričnih, zbijenih rešetki: kubičnu s središtem tijela, kubičnu s središtem na licu 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 tijelocentriranu rešetku: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba itd.

U kubičnoj rešetki usmjerenoj na lice (fcc), atomi su smješteni na vrhovima kocke iu središtu svake plohe. 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 u vrhovima i središtu šesterokutnih baza prizme, a tri atoma nalaze se u srednjoj ravnini prizme. Takvo pakiranje atoma imaju metali: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca itd.

Ostala svojstva

Elektroni koji se slobodno kreću uzrokuju visoku električnu i toplinsku vodljivost. Tvari s metalnom vezom često kombiniraju čvrstoću s rastezljivošću, jer kada se atomi pomaknu jedan u odnosu na drugi, veze se ne prekidaju. Drugo važno svojstvo je metalna aromatičnost.

Metali dobro provode toplinu i elektricitet, dovoljno su jaki, mogu se deformirati bez loma. Neki metali su savitljivi (mogu se kovati), neki su savitljivi (mogu se izvlačiti u žicu). Ova jedinstvena svojstva objašnjavaju se posebnom vrstom kemijske veze koja međusobno povezuje atome metala - metalna veza.

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, posebice njihovu čvrstoću. Pod djelovanjem deformirajuće sile metalna rešetka može promijeniti svoj oblik bez pucanja, za razliku od ionskih kristala.

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

Električna vodljivost metala također postaje jasna. Ako se razlika potencijala primijeni na krajeve uzorka metala, tada će se oblak delokaliziranih elektrona pomaknuti u smjeru pozitivnog potencijala: ovaj tok elektrona koji se kreće u istom smjeru je poznata električna struja.

Metalni spoj. Svojstva metalne veze. - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "Metalna veza. Svojstva metalne veze." 2017., 2018. godine.