Ref. programa școlară: 4.5
În această secțiune vom examina forțele care țin împreună o structură metalică. Legătura metalică.
- Delocalizarea electronilor
- Formarea ionilor
- Legătura metalică
- Rețeaua metalică
Delocalizarea electronilor
Atomii metalici, în comun cu toate celelalte metale în afară de gazele nobile, nu pot exista foarte mult timp de unii singuri. Atomii de metal se agregă și se atrag unii pe alții în încercarea de a se stabiliza.
Atomii de metal au foarte puțini electroni în învelișul exterior (electroni de valență) și, prin urmare, nu pot obține un înveliș exterior complet prin câștigarea de electroni sau schimbul de electroni. Ei au tendința de a pierde electroni, transferându-i către atomii nemetalici. Cu toate acestea, în absența atomilor nemetalici, singurul mod în care pot obține stabilitate este prin partajarea tuturor electronilor din învelișul exterior în orbitali giganți delocalizați. Acești electroni de pe orbitalul delocalizat sunt cei care conferă metalelor caracteristicile lor unice.
top
Formația ionilor
Pierderea electronilor externi pe un orbital mare delocalizat lasă atomii de metal sub formă de ioni. Acești ioni sunt apoi menținuți în poziție prin atracția sarcinii negative din orbitalul delocalizat. Ionii înșiși sunt aranjați într-o rețea gigantică (rețea).
Carga ionilor depinde de numărul de electroni din învelișul exterior. Metalele din grupa 1 furnizează câte un electron pe atom pentru orbitalul delocalizat, iar ionii formați au o sarcină 1+. Atomii din grupa 2 au ioni cu sarcină 2+.
Metalele de tranziție pierd, de asemenea, electroni formând ioni, dar numărul de electroni nu poate fi prezis din numărul grupei (deoarece acestea nu sunt aranjate în grupe). În general, metalele de tranziție formează ioni 2+.
top
Legătura metalică
Marea de electroni este un nor de sarcină negativă care atrage toți ionii pozitivi. Este mai degrabă ca niște bile înfipte în blu-tack. Ionii metalici s-ar respinge reciproc fără norul de sarcină electronică, însă forța de atracție electrostatică dintre electroni și ionii pozitivi menține întreaga structură laolaltă.
Tăria legăturii metalice este o funcție a numărului de electroni furnizați de atomi și a sarcinii consecvente asupra ionilor metalici. Raza ionică joacă, de asemenea, un rol, deoarece ionii mai mici exercită o forță de atracție mai mare asupra norului de sarcină negativă.
- Creșterea sarcinii ionice = legătură metalică mai puternică
- Diminuarea razei ionice = legătură metalică mai puternică
Efectul acestor doi factori poate fi observat prin compararea punctelor de topire (temperatura necesară pentru a învinge forțele din cadrul structurii metalice) în josul grupei 1 și de-a lungul celei de-a treia perioade.
| Metalele din grupa 1 | Li | Na | K | Rb | Cs |
|---|---|---|---|---|---|
| raza ionică / nm | 0.068 | 0.098 | 0.133 | 0.148 | 0.167 |
| punctul de topire / K | 454 | 371 | 337 | 312 | 302 |
Se observă clar că odată cu creșterea razei ionice scade și punctul de topire. Ceziul ar fi un lichid într-o zi caldă de vară.
| Perioada 3 metale | Na | Mg | Al | |
|---|---|---|---|---|
| raza ionică / nm | 0,098 | 0,065 | 0,065 | 0.045 |
| încărcătură ionică | 1+ | 2+ | 3+ | |
| punct de topire / K | 371 | 922 | 936 |
Deși magneziul are o rază similară cu cea a litiului, punctul de topire este mult mai mare, ceea ce indică faptul că efectul dublării sarcinii ionice este mult mai semnificativ.
Aluminiul are un punct de topire mai mare decât magneziul, deși nu există o diferență atât de mare ca între litiu și magneziu. Se crede că densitatea mare de sarcină a ionului de aluminiu 3+ atrage densitatea de electroni înapoi pe ionii de aluminiu scăzând efectiv sarcina ionică a acestora.
Se știe că aluminiul face acest lucru în compușii săi, conferindu-le un grad ridicat de caracter covalent, astfel încât pare rezonabil ca efecte similare să se aplice legăturii metalice.
top
Rețeaua metalică
Cum ionii metalici dintr-o rețea a unui element metalic au toți aceeași rază, ei se pot împacheta cu ușurință ca niște bile într-o găleată.
Cel mai comun aranjament se numește împachetare hexagonală strânsă (HCP). Este cel mai eficient mod în care sferele se împachetează aproape una de alta.
Există două sisteme principale de împachetare strânsă, în funcție de modul în care este plasat cel de-al treilea strat în comparație cu celelalte două. Aceste două sisteme de împachetare se numesc ABA și ABC. Dacă ionii celui de-al treilea strat se află direct deasupra celor din primul strat, acesta se numește ABA. În cazul în care ionii celui de-al treilea strat se află în „găuri” care nu se află direct deasupra niciunui alt ion, împachetarea se numește ABC. Cel mai bun mod de a vizualiza acest lucru este folosind modele.
top
.