Metalforbindelse
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. oktober 2021; checks kræver 10 redigeringer .En metallisk binding er en kemisk binding mellem atomer i en metalkrystal, der opstår på grund af overlapning (socialisering) af deres valenselektroner . En metallisk binding er beskrevet af mange af metallers fysiske egenskaber såsom styrke , duktilitet , termisk ledningsevne , elektrisk modstand og ledningsevne , opacitet og glans [1] [2] [3] [4] .
Metalbindingsmekanisme
Positive metalioner er placeret ved krystalgitterets noder . Mellem dem, tilfældigt, ligesom gasmolekyler, bevæger ledningselektroner sig , der stammer fra metalatomer under dannelsen af ioner. Disse elektroner spiller rollen som "cement" og holder de positive ioner sammen; ellers ville gitteret gå i opløsning under påvirkning af frastødende kræfter mellem ionerne. Samtidig holdes elektroner også af ioner i krystalgitteret og kan ikke forlade det. Når et metal formes eller strækkes, falder det ikke sammen, fordi ionerne i dets krystalstruktur ret let forskydes i forhold til hinanden [5] . Kommunikationskræfter er ikke lokaliserede og ikke rettet. I metaller optræder i de fleste tilfælde høje koordinationstal (f.eks. 12 eller 8).
Så alkalimetaller krystalliserer i et kropscentreret kubisk gitter, og hver positivt ladet alkalimetalion har otte nærmeste naboer i krystallen - positivt ladede alkalimetalioner (fig. 1). Coulomb -frastødningen af ens ladede partikler (ioner) kompenseres af den elektrostatiske tiltrækning til elektronerne i forbindelsesleddene, som har form af et forvrænget fladt oktaeder - en firkantet bipyramide, hvis højde og kanterne af basis er lig med gitterkonstanten a w af en alkalimetalkrystal (fig. 2).
Bindingselektronerne bliver fælles for systemet af seks positive alkalimetalioner og holder sidstnævnte fra Coulomb-frastødning.
Værdien af translationsgitterkonstanten a w af en alkalimetalkrystal overstiger væsentligt længden af den kovalente binding af et alkalimetalmolekyle , derfor er det generelt accepteret, at elektronerne i metallet er i en fri tilstand:
| alkalimetal | Li | Na | K | Rb | Cs |
|---|---|---|---|---|---|
| Gitterkonstant a w , Å [6] | 3.502 | 4,282 | 5,247 | 5.690 | 6,084 |
| Kovalent bindingslængde for Me 2 , Å [7] | 2,67 | 3.08 | 3,92 | 4.10 | 4.30 |
Den matematiske konstruktion, der er forbundet med egenskaberne af frie elektroner i et metal, identificeres sædvanligvis med " Fermi-overfladen ", som bør betragtes som et geometrisk sted i k -rummet, hvor elektroner opholder sig, hvilket giver metallets hovedegenskab - at lede elektrisk strøm [8] . Således er den elektriske strøm i metaller bevægelsen af elektroner plukket fra kredsløbsradius i feltet af positivt ladede ioner placeret ved knudepunkterne i metalkrystalgitteret . Udgangen og indgangen af frie elektroner i krystallens forbindelsesled udføres gennem punkterne "0", lige langt fra atomernes positive ioner (fig. 2).
Den frie bevægelse af elektroner i et metal blev bekræftet i 1916 af Tolman og Stewarts erfaring med den skarpe deceleration af en hurtigt roterende trådspole - frie elektroner fortsatte med at bevæge sig ved inerti, som et resultat af, at galvanometeret registrerede en elektrisk strøm puls . Den frie bevægelse af elektroner i et metal bestemmer metallets høje termiske ledningsevne og metallers tendens til termionisk emission , der forekommer ved en moderat temperatur.
Oscillationen af krystalgitterets ioner skaber modstand mod elektronernes bevægelse gennem metallet, ledsaget af opvarmning af metallet. I øjeblikket betragtes den vigtigste egenskab ved metaller som en positiv temperaturkoefficient for elektrisk ledningsevne , det vil sige et fald i ledningsevne med stigende temperatur. Med faldende temperatur falder den elektriske modstand af metaller på grund af et fald i svingningerne af ioner i krystalgitteret. I processen med at undersøge stofs egenskaber ved lave temperaturer opdager Kamerling-Onnes fænomenet superledning . I 1911 lykkedes det ham at opdage et fald i kviksølvs elektriske modstand ved kogepunktet for flydende helium (4,2 K) til nul. I 1913 blev Kamerlingh-Onnes tildelt Nobelprisen i fysik med følgende ordlyd: "For studiet af stoffers egenskaber ved lave temperaturer, hvilket førte til produktion af flydende helium ".
Teorien om superledning blev dog skabt senere. Det er baseret på konceptet om et Cooper elektronpar - en korreleret tilstand af bindingselektroner med modsat spin og momenta, og derfor kan superledning betragtes som superfluiditeten af en elektrongas, bestående af Cooper elektronpar, gennem en ionisk krystal gitter. I 1972 blev forfatterne af BCS-teorien - Bardeen , Cooper og Schrieffer tildelt Nobelprisen i fysik "for udviklingen af teorien om superledning, normalt kaldet BCS-teorien."
Karakteristiske krystalgitre
De fleste metaller danner et af følgende meget symmetriske, tætpakkede gitter: kropscentreret kubisk , ansigtscentreret kubisk og sekskantet .
I et kropscentreret kubisk gitter (bcc) er atomerne placeret i hjørnerne af kuben, og et atom er placeret i midten af kubens rumfang. Metaller har et kubisk kropscentreret gitter: K , Na , Li , β-Ti , β-Zr , Ta , W , V , α-Fe , Cr , Nb , Ba osv.
I et fladecentreret kubisk gitter (fcc) er atomer placeret ved kubens spidser og i midten af hver flade. Metaller har et gitter af denne type: α-Ca , Ce , α-Sr , Pb , Ni , Ag , Au , Pd , Pt , Rh , γ-Fe , Cu , α-Co , osv.
I et sekskantet gitter er atomer placeret ved hjørnerne og midten af prismets sekskantede baser, og tre atomer er placeret i prismets midterplan. Metaller har sådan en pakning af atomer: Mg , α-Ti , Cd , Re , Os , Ru , Zn , β-Co , Be , β-Ca , osv.
Andre egenskaber
Frit bevægelige elektroner forårsager høj elektrisk og termisk ledningsevne . Mange metaller har høj hårdhed, såsom chrom , molybdæn , tantal , wolfram osv. Stoffer med en metallisk binding kombinerer ofte styrke med duktilitet, da bindinger ikke brydes, når atomer forskydes i forhold til hinanden.
Metal smelter
Smelter mister ikke egenskaberne af krystallinske metaller. Både termisk og elektrisk ledningsevne forbliver høj. Et eksempel er kviksølvkontakter, som udnytter flydende kviksølvs elektriske ledningsevne fuldt ud.
Noter
- ↑ Metallic bonding Arkiveret 25. juli 2017 på Wayback Machine . chemguide.co.uk
- ↑ Metalstrukturer Arkiveret 24. april 2021 på Wayback Machine . chemguide.co.uk
- ↑ Chemical Bonds Arkiveret 20. september 2015 på Wayback Machine . chemguide.co.uk
- ↑ FYSIK 133 Forelæsningsnotater Forår, 2004 Marion Campus . physics.ohio-state.edu
- ↑ Metallisk binding . — artikel fra Encyclopædia Britannica Online . Hentet: 1. marts 2020.
- ↑ Håndbog om en kemiker. - 2. udg., revideret. og yderligere - L.-M .: GNTI Chemical Literature, 1962. - T. 1. - S. 402-513. — 1072 s.
- ↑ Lidin R. A., Andreeva L. L., Molochko V. A. Håndbog i uorganisk kemi. Konstanter af uorganiske stoffer .. - M . : Chemistry, 1987. - S. 132-136. - 320 sek.
- ↑ Zieman J. Elektroner i metaller (introduktion til teorien om Fermi-overflader) // Uspekhi fizicheskikh nauk. - 1962. - T. 78 , no. 2 . - S. 291 . - doi : 10.3367/UFNr.0078.196210c.0291 .
 Ordbøger og encyklopædier | |
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
| kemisk binding | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Intramolekylær interaktion |
| ||||||||||||
| Intermolekylær interaktion | |||||||||||||