Číslo učebního plánu: 4.5
V této části se budeme zabývat silami, které drží strukturu kovu pohromadě. Kovová vazba.
- Delokalizace elektronů
- Tvorba iontů
- Kovová vazba
- Kovová mřížka
Delokalizace elektronů
Atomy kovů, stejně jako všechny ostatní kovy kromě vzácných plynů, nemohou samostatně existovat příliš dlouho. Atomy kovů se shlukují a vzájemně se přitahují ve snaze stabilizovat se.
Kovové atomy mají velmi málo elektronů ve vnější slupce (valenční elektrony), a proto nemohou získat plnou vnější slupku získáváním elektronů nebo sdílením elektronů. Mají tendenci elektrony ztrácet a předávat je nekovovým atomům. V případě nepřítomnosti nekovových atomů však mohou dosáhnout stability pouze sdílením všech elektronů vnějšího obalu v obřích delokalizovaných orbitalech. Právě tyto elektrony v delokalizovaných orbitalech dávají kovům jejich jedinečné vlastnosti.
nahoru
Tvorba iontů
Ztráta vnějších elektronů do velkého delokalizovaného orbitalu zanechává atomy kovů jako ionty. Tyto ionty jsou pak drženy na místě přitažlivostí záporného náboje v delokalizovaném orbitalu. Samotné ionty jsou uspořádány do obří mřížky (sítě).
Náboj na iontech závisí na počtu elektronů vnějšího obalu. Kovy skupiny 1 poskytují jeden elektron na atom do delokalizovaného orbitalu a vzniklé ionty mají náboj 1+. Atomy skupiny 2 mají ionty s nábojem 2+.
Přechodné kovy také ztrácejí elektrony a tvoří ionty, ale počet elektronů nelze předpovědět z čísla skupiny (protože nejsou uspořádány do skupin). Obecně platí, že přechodné kovy tvoří ionty 2+.
nahoře
Kovová vazba
Moře elektronů je záporný nábojový oblak, který přitahuje všechny kladné ionty. Je to spíše jako kuličky zapíchnuté do modrotisku. Kovové ionty by se bez nábojového mraku elektronů odpuzovaly, avšak síla elektrostatické přitažlivosti mezi elektrony a kladnými ionty drží celou strukturu pohromadě.
Síla kovové vazby je funkcí počtu elektronů poskytnutých atomy a následného náboje kovových iontů. Svou roli hraje také iontový poloměr, protože menší ionty působí větší přitažlivou silou na oblak záporného náboje.
- Zvětšující se iontový náboj = silnější kovová vazba
- Zmenšující se iontový poloměr = silnější kovová vazba
Vliv těchto dvou faktorů lze pozorovat porovnáním bodů tání (teplota potřebná k překonání sil ve struktuře kovu) po 1. skupině a přes 3. periodu.
| Kovy 1. skupiny | Li | Na | K | Rb | Cs |
|---|---|---|---|---|---|
| iontový poloměr / nm | 0.068 | 0.098 | 0.133 | 0.148 | 0.167 |
| teplota tání / K | 454 | 371 | 337 | 312 | 302 |
Je jasně vidět, že s rostoucím poloměrem iontů klesá teplota tání. Caesium by bylo za teplého letního dne kapalné.
| Kovy 3. periody | Na | Mg | Al |
|---|---|---|---|
| iontový poloměr / nm | 0,098 | 0,065 | 0.045 |
| iontový náboj | 1+ | 2+ | 3+ |
| bod tání / K | 371 | 922 | 936 |
Ačkoli hořčík má podobný poloměr jako lithium, teplota tání je mnohem vyšší, což naznačuje, že účinek zdvojnásobení iontového náboje je mnohem významnější.
Hliník má vyšší teplotu tání než hořčík, i když není takový rozdíl jako mezi lithiem a hořčíkem. Předpokládá se, že vysoká hustota náboje iontu hliníku 3+ přitahuje elektronovou hustotu zpět na ionty hliníku, což účinně snižuje jejich iontový náboj.
Hliník je známý tím, že to dělá ve svých sloučeninách, což jim dává vysoký stupeň kovalentního charakteru, takže se zdá rozumné, že podobné efekty platí i pro kovovou vazbu.
nahoře
Kovová mřížka
Jelikož kovové ionty v mřížce kovového prvku mají všechny stejný poloměr, mohou se snadno nabalovat jako kuličky v kbelíku.
Nejběžnější uspořádání se nazývá hexagonální těsné balení (HCP). Je to nejefektivnější způsob, jak se koule nabalují těsně na sebe.
Existují dva hlavní systémy těsného balení podle toho, jak je třetí vrstva umístěna ve srovnání s ostatními dvěma. Tyto dva systémy balení se nazývají ABA a ABC. Pokud jsou ionty třetí vrstvy přímo nad ionty první vrstvy, nazývá se ABA. Pokud se ionty třetí vrstvy nacházejí v „dírách“, které nejsou přímo nad žádným jiným iontem, nazývá se uspořádání ABC. Nejlépe si to představíte pomocí modelů.
nahoře
.