METĀLISKĀ SAITE: ĪPAŠĪBAS, KĀ TĀ VEIDOJAS, UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Metālisks saite ir tāda, kas pieder atomus metāliskajiem elementiem cieši kopā. Tas atrodas metālos un nosaka visas to fizikālās īpašības, kas tos raksturo kā cietus, kaļamus, kaļamus materiālus un labus siltuma un elektrības vadītājus.

No visām ķīmiskajām saitēm metāliskā saite ir vienīgā, kurā elektroni neatrodas vienīgi starp atomu pāriem, bet tiek pārvietoti starp miljoniem no tiem veida līmē vai "elektronu jūrā", kas tos cieši tur kopā. vai saliedēta.

Vara metāla saite

Piemēram, pieņemsim, ka metāla varš. Varā tā Cu atomi atsakās no valences elektroniem, veidojot metālisko saiti. Virs šīs saites tiek attēloti kā Cu ²⁺ katjoni (zilie apļi), ko ieskauj elektroni (dzelteni apļi). Elektroni joprojām nav: tie pārvietojas pa visu vara kristālu. Tomēr metālos formāli mēs nerunājam par katjoniem, bet gan par neitrāliem metāla atomiem.

Metālisko savienojumu pārbauda, ​​izpētot metālisko elementu, kā arī to sakausējumu īpašības. Tajos ir integrētas spīdīgu, sudrabainu, izturīgu un cietu materiālu sērijas, kurām ir arī augsta kušanas un viršanas temperatūra.

Kā veidojas metāla saite?

Metāla saite cinkā

Metāla saite veidojas tikai starp vienu metāla atomu komplektu vai grupu. Lai elektroni varētu pārvietoties pa visu metāla kristālu, ir jābūt "lielceļam", pa kuru tie var pārvietoties. Tas ir veidots no visu kaimiņu atomu atomu orbitāļu pārklāšanās.

Piemēram, ņemiet vērā cinka atomu rindu Zn ··· Zn ··· Zn ···. Šie atomi pārklājas ar valences atomu orbitāļiem, veidojot molekulārās orbitāles. Savukārt šie molekulārie orbitāli pārklājas ar citiem kaimiņu Zn atomu orbitāļiem.

Katrs cinka atoms veido divus elektronus, lai veicinātu metālisko saiti. Tādā veidā molekulāro orbitālu pārklāšanās vai savienojums, un cinka ziedotie atomi, veidojas uz "lielceļa", pa kuru elektroni tiek delokalizēti visā kristālā, it kā tie būtu līme vai elektronu jūra, kas pārklāj vai peldot visus metāla atomus.

Metāliskās saites īpašības

Konstrukcijas

Metāliskā saite rada kompaktas struktūras, kurās atomi ir cieši apvienoti, bez liela attāluma, kas tos atdala. Atkarībā no specifiskās struktūras veida ir dažādi kristāli, daži blīvāki nekā citi.

Metāliskās struktūrās nerunā par molekulām, bet gan par neitrāliem atomiem (vai katjoniem, pēc citām perspektīvām). Atgriežoties pie vara piemēra, tā sablīvētajos kristālos nav Cu ₂ molekulu ar Cu-Cu kovalento saiti.

Reorganizācija

Metāliskajai saitei ir īpašība, ka tā var sevi reorganizēt. Tas nenotiek ar kovalentajām un jonu saitēm. Ja kovalentā saite saplīst, tā vairs neveidojas tā, it kā nekas nebūtu noticis. Arī jonu saites elektriskie lādiņi nav mainīgi, ja vien nenotiek ķīmiska reakcija.

Apsveriet, piemēram, metāla dzīvsudrabu, lai izskaidrotu šo punktu.

Metāliskā saite starp diviem blakus esošajiem dzīvsudraba atomiem Hg ··· Hg var saplīst un atkārtoti veidoties ar citu blakus esošo atomu, ja kristālu pakļauj ārējam spēkam, kas to deformē.

Tādējādi saite tiek reorganizēta, kamēr stikls piedzīvo deformāciju. Tas metāliem piešķir kaļamo un kaļamo materiālu īpašības. Pretējā gadījumā tie saplīsīs kā stikla vai keramikas gabali, pat karstā laikā.

Siltuma un elektriskā vadītspēja

Metāliskās saites elektronu pārvietošanas īpašība dod metāliem arī spēju vadīt siltumu un elektrību. Tas notiek tāpēc, ka, tā kā elektroni tiek delokalizēti un visur pārvietojas, tie efektīvi pārraida atomu vibrācijas it kā vilnis. Šīs vibrācijas pārvēršas siltumā.

No otras puses, pārvietojoties elektroniem, tiek atstātas tukšas vietas, kuras citi var aizņemt, tāpēc ir elektroniska vakance, caur kuru vairāk elektronu var “darboties” un tādējādi radīt elektrisko strāvu.

Principā, nerunājot par parādības fizikālajām teorijām, tas ir vispārīgs metālu elektriskās vadītspējas skaidrojums.

Metālisks spīdums

Delokalizētie un mobilie elektroni var arī mijiedarboties ar fotoniem redzamā gaismā un tos noraidīt. Atkarībā no metāla blīvuma un virsmas tā var attēlot dažādas pelēkas vai sudrabainas nokrāsas vai pat zaigojošas dzirksti. Izņēmuma gadījumi ir varš, dzīvsudrabs un zelts, kas absorbē noteiktu frekvenču fotonus.

Elektronu delokalizācija

Lai saprastu metālisko saiti, ir jāsaprot, ko nozīmē elektronu pārvietošana. Nav iespējams noteikt, kur atrodas elektroni. Tomēr var novērtēt, kurā kosmosa reģionā tie, visticamāk, tiks atrasti. Kovalentajā saitē AB elektronu pāri tiek sadalīti telpā, kas atdala atomus A un B; pēc tam tiek teikts, ka tie atrodas starp A un B.

Tomēr AB metāliskajā saitē nevar apgalvot, ka elektroni uzvedas tāpat kā AB kovalentajā saitē. Tie neatrodas starp diviem specifiskiem A un B atomiem, bet ir izkliedēti vai virzīti uz citām cietās daļas daļām, kur ir arī sablīvēti, tas ir, cieši saistīti, A un B atomi.

Tādā gadījumā tiek apgalvots, ka metāliskās saites elektroni tiek pārvietoti: tie pārvietojas jebkurā virzienā, kur ir A un B atomi, kā parādīts pirmajā attēlā ar vara atomiem un to elektroniem.

Tāpēc metāliskajā saitē mēs runājam par šo elektronu pārvietošanos, un šī īpašība ir atbildīga par daudzām metālu īpašībām. Uz tās balstīta arī elektronu jūras teorija.

Metālisko saišu piemēri

Dažas ikdienas dzīvē parasti lietotas metāla saites ir šādas:

- metāliski elementi

Cinks

Metāla saite cinkā

Cinkā, pārejas metālā, tā atomus savieno metāla saite.

Zelts (au)

Tīrs zelts, tāpat kā šī materiāla sakausējumi ar varu un sudrabu, pašlaik tiek plaši izmantots smalkās rotaslietās.

Varš (Cu)

Šis metāls tiek plaši izmantots elektriskajos pielietojumos, pateicoties tā lieliskajām elektrovadītspējas īpašībām.

Sudrabs (Ag)

Ņemot vērā tā īpašības, šo metālu plaši izmanto gan smalku rotaslietu izmantošanā, gan rūpniecības jomā.

Niķelis (Ni)

Tīrā stāvoklī to parasti izmanto monētu, bateriju, lietuvju vai dažādu metāla detaļu ražošanai.

Kadmijs (Cd)

Tas ir ļoti toksisks materiāls, un to izmanto bateriju ražošanā.

Platīns (Pt)

To izmanto smalkās rotaslietās (sakausējumos ar zeltu), kā arī laboratorijas mērinstrumentu un zobu implantu ražošanā.

Titāns (Ti)

Šo metālu parasti izmanto inženierzinātnēs, kā arī osteosintētisko implantu ražošanā, rūpnieciskos nolūkos un rotaslietu ražošanā.

Svins (Pb)

Šo materiālu izmanto elektrisko vadītāju ražošanā, precīzāk, telefona un telekomunikāciju kabeļu ārējās apvalka ražošanā.

- metālu savienojumi

Parasts tērauds

Dzelzs un oglekļa reakcija rada parasto tēraudu - materiālu, kas daudz izturīgāks pret mehānisko spriegumu nekā dzelzs.

Nerūsējošais tērauds

Iepriekš minētā materiāla variācijas var atrast, apvienojot parasto tēraudu ar pārejas metāliem, piemēram, hromu un niķeli.

Bronza

To ražo, apvienojot varu ar alvu, attiecīgi aptuveni 88% un 12%. To izmanto monētu, instrumentu un publisku rotājumu izgatavošanā.

Dzīvsudraba sakausējumi

Zobārstniecībā izmantojamos amalgamus veido dažādi dzīvsudraba sakausējumi ar citiem pārejas metāliem, piemēram, sudrabs, varš un cinks.

Hroma platīna sakausējums

Šāda veida sakausējumu plaši izmanto skuvekļu izgatavošanai.

Pieltre

Šo alvas, antimona, aploksnes un bismuta sakausējumu parasti izmanto mājsaimniecības piederumu izgatavošanai.

Misiņš

To iegūst, apvienojot varu ar cinku attiecīgi 67% un 33%. To izmanto aparatūras izstrādājumu ražošanā.

Elektronu teorijas jūra

Vienkāršs elektronu jūras attēlojums. Avots: Muskid

Attēlā parādīts elektronu jūras jēdziens. Saskaņā ar elektronu jūras teoriju, metāla atomi izdala valences elektronus (negatīvos lādiņus), lai tie kļūtu par atomu joniem (pozitīvi lādiņi). Atbrīvotie elektroni kļūst par daļu no jūras, kurā tie tiek pārvietoti uz katru metāla kristāla collu.

Tomēr tas nenozīmē, ka metālu veido joni; tā atomi faktiski ir neitrāli. Mēs nerunājam par Hg ⁺ joniem šķidrā dzīvsudrabā, bet par neitrāliem Hg atomiem.

Vēl viens veids, kā vizualizēt elektronu jūru, ir atomu neitralitātes uzņemšanās. Tādējādi, kaut arī viņi dod saviem elektroniem, lai noteiktu metālisko saiti, kas tos uztur cieši saliedētus, viņi uzreiz saņem arī citus elektronus no citiem kristāla reģioniem, lai viņi nekad neiegūtu pozitīvu lādiņu.

Šī teorija izskaidro, kāpēc metāli ir kaļami, kaļami un kā saites var pārkārtot, lai kristāls varētu deformēties, nesadaloties. Daži cilvēki šo elektronu jūru sauc par "elektronisko cementu", jo tas spēj kustēties, bet normālos apstākļos tas sacietē un notur metāla atomus stingrus un fiksētus.

Atsauces

1. Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. (2008). Ķīmija (8. izd.). CENGAGE mācīšanās.
2. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metāla savienošana. Atgūts no: en.wikipedia.org
4. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2016. gada 4. aprīlis). Metāla saite. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020. gada 29. janvāris). Metāliskā saite: definīcija, īpašības un piemēri. Atgūts no: domaco.com
6. Džims Klarks. (2019. gada 29. septembris). Metāla līmēšana. Ķīmija LibreTexts. Atgūts no: chem.libretexts.org
7. Marija Ellen Ellis. (2020). Kas ir metāla obligācija? - Definīcija, rekvizīti un piemēri. Pētījums. Atgūts no: study.com