Miten metalliatomit ovat sitoutuneet toisiinsa? Metalliliitäntä. Sidostyypit metalleissa, joiden aggregaatioaste on erilainen

Kaikilla metalleilla on seuraavat ominaisuudet:

Pieni määrä elektroneja ulkoisella energiatasolla (lukuun ottamatta joitakin poikkeuksia, joissa voi olla 6,7 ​​ja 8);

Suuri atomisäde;

Alhainen ionisaatioenergia.

Kaikki tämä edistää ulompien parittomien elektronien helppoa erottamista ytimestä. Tässä tapauksessa atomilla on paljon vapaita kiertoradoja. Kaava metallisidoksen muodostamiseksi näyttää vain useiden eri atomien kiertoratasolujen päällekkäisyyden, jotka tämän seurauksena muodostavat yhteisen intrakiteisen tilan. Jokaisesta atomista syötetään siihen elektroneja, jotka alkavat vaeltaa vapaasti hilan eri osissa. Ajoittain jokainen niistä kiinnittyy ioniin kidepaikassa ja muuttaa sen atomiksi, sitten irtoaa uudelleen muodostaen ionin.

Tällä tavalla, metallisidos on atomien, ionien ja vapaiden elektronien välinen sidos tavallisessa metallikiteessä. Elektronipilveä, joka liikkuu vapaasti rakenteessa, kutsutaan "elektronikaasuksi". Se selittää useimmat metallien ja niiden seosten fysikaaliset ominaisuudet.

Miten metallinen kemiallinen sidos tarkalleen toteuttaa itsensä? Voidaan antaa erilaisia ​​esimerkkejä. Yritetään harkita litiumia. Vaikka otat sen herneen kokoiseksi, siinä on tuhansia atomeja. Kuvitellaan, että jokainen näistä tuhansista atomeista luovuttaa yhden valenssielektroninsa yhteiselle kideavaruudelle. Samalla kun tiedetään tietyn elementin elektroninen rakenne, voidaan nähdä tyhjien orbitaalien lukumäärä. Litiumissa on niitä 3 (toisen energiatason p-orbitaalit). Kolme jokaiselle atomille kymmenistä tuhansista - tämä on kiteen sisällä oleva kokonaistila, jossa " elektronikaasu"on vapaa liikkua.

Aine, jolla on metallisidos, on aina vahva. Loppujen lopuksi elektronikaasu ei anna kiteen romahtaa, vaan vain siirtää kerroksia ja palautuu välittömästi. Se loistaa, sillä on tietty tiheys (useimmiten korkea), sulatettavuus, muokattavuus ja plastisuus.

Missä muualla metallisidos toteutetaan? Esimerkkejä aineista:

Metallit yksinkertaisten rakenteiden muodossa;

Kaikki metalliseokset keskenään;

Kaikki metallit ja niiden seokset nestemäisessä ja kiinteässä muodossa.

Tapaustutkimuksia voit tuoda vain uskomattoman määrän, koska jaksollisessa järjestelmässä on yli 80 metallia!

Koulutuksen mekanismi sisään yleisnäkymä ilmaistaan ​​seuraavalla merkinnällä: Me 0 - e - ↔ Me n+. Kaaviosta käy ilmi, mitä hiukkasia metallikiteessä on.

Mikä tahansa metalli pystyy luovuttamaan elektroneja, muuttuen positiivisesti varautuneiksi ioneiksi.

Raudan esimerkissä: Fe 0-2e- = Fe 2+

Missä ovat erotetut negatiivisesti varautuneet hiukkaset - elektronit? Miinus vetoaa aina plussaan. Elektronit vetoavat toiseen (positiivisesti varautuneeseen) rauta-ioniin kidehilassa: Fe 2+ + 2e - \u003d Fe 0

Ionista tulee neutraali atomi. Ja tämä prosessi toistetaan monta kertaa.

Osoittautuu, että raudan vapaat elektronit ovat jatkuvassa liikkeessä koko kiteen tilavuuden läpi, irtautuen ja yhdistäen ionit hilakohdissa. Toinen nimi tälle ilmiölle on siirretty elektronipilvi. Termi "delokalisoitu" tarkoittaa - vapaata, ei sidottua.

Kationin ja anionin välisen sähköstaattisen vetovoiman seurauksena muodostuu molekyyli.

Ionisidos

Ionisidosteoria ehdotettiin vuonna 1916 ᴦ. Saksalainen tiedemies W. Kossel. Tämä teoria selittää välisten yhteyksien muodostumisen tyypillisten metallien ja atomien atomit tyypillinen ei-metalliset: CsF, CsCl, NaCl, KF, KCl, Na 2 O jne.

Tämän teorian mukaan ionisidoksen muodostuessa tyypillisten metallien atomit luovuttavat elektroneja ja tyypillisten ei-metallien atomit vastaanottavat elektroneja.

Näiden prosessien seurauksena metalliatomit muuttuvat positiivisesti varautuneiksi hiukkasiksi, joita kutsutaan positiivisiksi ioneiksi tai kationeiksi; ja ei-metallien atomit muuttuvat negatiivisiksi ioneiksi - anioneiksi. Kationin varaus on yhtä suuri kuin luovutettujen elektronien lukumäärä.

Metalliatomit luovuttavat elektroneja ulkokerrokseen ja tuloksena olevilla ioneilla on täydelliset elektroniset rakenteet (esiulompi elektronikerros).

Anionin negatiivisen varauksen arvo on yhtä suuri kuin vastaanotettujen elektronien lukumäärä.

Epämetallien atomit hyväksyvät niin monta elektronia kuin tarvitsevat elektronisen oktetin valmistuminen (ulompi elektroninen kerros).

Esimerkiksi: yleinen kaavio NaCl-molekyylin muodostamiseksi Na- ja C1-atomeista: Na ° -le \u003d Na +1 Ionien muodostuminen

Cl ° + 1e - \u003d Cl -

Na +1 + Cl - \u003d Na + Cl -

Na ° + Cl ° \u003d Na + Cl - Ionien yhteys

· Ionien välistä sidosta kutsutaan ionisidokseksi.

Ioneista koostuvia yhdisteitä kutsutaan ioniset yhdisteet.

Ioniyhdisteen molekyylin kaikkien ionien varausten algebrallisen summan on oltava nolla, koska mikä tahansa molekyyli on sähköisesti neutraali hiukkanen.

Ioni- ja kovalenttisten sidosten välillä ei ole terävää rajaa. Ionisidosta voidaan pitää polaarisen kovalenttisen sidoksen ääritapauksena, jonka muodostuessa yhteinen elektronipari täysin liikkuu kohti atomia, jolla on korkeampi elektronegatiivisuus.

Tyypillisimpien metallien atomeissa on pieni määrä elektroneja uloimmassa elektronikerroksessa (tyypillisesti 1-3); näitä elektroneja kutsutaan valenssielektroneiksi. Metalliatomeissa valenssielektronien sidoslujuus ytimeen on alhainen, eli atomeilla on alhainen ionisaatioenergia. Tämä tekee valenssielektronien menettämisestä helppoa h metalliatomien muuttaminen positiivisesti varautuneiksi ioneiksi (kationeiksi):

Me ° -ne ® Me n +

Metallin kiderakenteessa valenssielektroneilla on kyky siirtyä helposti atomista toiseen, mikä johtaa elektronien sosialisoitumiseen kaikkien naapuriatomien toimesta. Yksinkertaistettu metallikiteen rakenne esitetään seuraavasti: kidehilan solmukohdissa on Men+-ionit ja Me°-atomit, joiden välillä valenssielektronit liikkuvat suhteellisen vapaasti muodostaen yhteyden kaikkien atomien ja metalli-ionien välille (kuva 3). ). Tämä on erityinen kemiallinen sidos, jota kutsutaan metallisidokseksi.

· Metallisidos - kidehilassa olevien metallien atomien ja ionien välinen sidos, jonka toteuttavat sosiaalistuneet valenssielektroni.

Tämän tyyppisen kemiallisen sidoksen ansiosta metalleilla on tietty joukko fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka erottavat ne ei-metalleista.

Riisi. 3. Kaavio metallien kidehilasta.

Metallisidoksen lujuus varmistaa kidehilan vakauden ja metallien plastisuuden (kyky käydä läpi erilaisia ​​käsittelyjä ilman tuhoa). Valenssielektronien vapaa liikkuvuus mahdollistaa metallien sähkön ja lämmön johtamisen hyvin. Kyky heijastaa valoaaltoja (ᴛ.ᴇ. metallinen kiilto) selittyy myös metallin kidehilan rakenteella.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, metallien tyypillisimpiä fysikaalisia ominaisuuksia, jotka perustuvat metallisen sidoksen olemassaoloon, ovat:

■kiderakenne;

■metallinen kiilto ja opasiteetti;

■plastisuus, muokattavuus, sulattavuus;

■suuri sähkön- ja lämmönjohtavuus; ja taipumus muodostaa seoksia.

Metallisidos - käsite ja tyypit. Luokan "Metalliliitos" luokitus ja ominaisuudet 2017, 2018.

- Metalliliitäntä

- Metalliliitäntä

Jo nimi "metallisidos" osoittaa, että puhumme sisäinen rakenne metallit. Useimpien metallien atomit ulkoisella energiatasolla sisältävät pienen määrän valenssielektroneja verrattuna ulkoisten energeettisesti läheisten kokonaismäärään... .

- Metalliliitäntä

Metallisidos perustuu valenssielektronien sosialisoitumiseen, jotka eivät kuulu kahteen, vaan melkein kaikkiin kiteen metalliatomeihin. Metalleissa on paljon vähemmän valenssielektroneja kuin vapaita orbitaaleja. Tämä luo edellytykset vapaalle liikkuvuudelle ... .

- Metalliliitäntä

Olennaista tietoa metallien kemiallisen sidoksen luonteesta voidaan saada kahden perusteella ominaispiirteet verrattuna kovalenttisiin ja ionisiin yhdisteisiin. Ensinnäkin metallit eroavat muista aineista korkealla sähkönjohtavuudella ja ....

- Metalliliitäntä

Merkittäviä tietoja metallien kemiallisen sidoksen luonteesta voidaan saada kahden niille ominaisen ominaisuuden perusteella verrattuna kovalenttisiin ja ionisiin yhdisteisiin. Ensinnäkin metallit eroavat muista aineista korkealla sähkönjohtavuudella ja ....

- Molekyylin rakenne. Kemiallisen sidoksen teoria. Ionisidos Metallisidos. kovalenttisidos. Viestintäenergia. Linkin pituus. Valenssikulma. Kemiallisen sidoksen ominaisuudet.

Molekyyli on aineen pienin hiukkanen, jolla on sen kemialliset ominaisuudet. Kemiallisen sidosteorian mukaan elementin stabiili tila vastaa rakennetta, jolla on ulkotason elektroninen kaava s2p6 (argon, krypton, radon ja muut). Koulutuksen aikana...

Kuten kohdassa 4.2.2.1 jo mainittiin, metallinen sidos- atomiytimien elektroninen sitoutuminen sosialisoituneiden elektronien minimaalisella sijainnilla sekä yksittäisissä (toisin kuin ionisidokset) ytimissä ja yksittäisissä (toisin kuin kovalenttisissa sidoksissa) sidoksissa. Tämän seurauksena tämä on monikeskuskemiallinen sidos, jossa on elektronivaje, jossa sosiaalistuneet elektronit ("elektronikaasun" muodossa) muodostavat sidoksen suurimmalla mahdollisella määrällä ytimiä (kationeja), jotka muodostavat nesteen rakenteen. tai kiinteitä metallisia aineita. Siksi metallisidos kokonaisuutena on suuntaamaton ja kyllästynyt; sitä on pidettävä sellaisena kovalenttisen sidoksen siirtämisen rajoittava tapaus. Muista, että puhtaissa metalleissa metallista sidosta edustaa ensisijaisesti homoydin, eli ei voi sisältää ionista komponenttia. Tämän seurauksena tyypillinen kuva elektronitiheyden jakautumisesta metalleissa ovat pallosymmetriset ytimet (kationit) tasaisesti jakautuneessa elektronikaasussa (kuva 5.10).

Näin ollen pääosin metallisen sidoksen tyyppisten yhdisteiden lopullinen rakenne määräytyy ensisijaisesti steerisen tekijän ja näiden kationien kidehilan pakkaustiheyden (korkeat CN:t) perusteella. BC-menetelmä ei voi tulkita metallisidoksia. MMO:n mukaan metallisidokselle on ominaista elektronien puute kovalenttiseen sidokseen verrattuna. MMO:n tiukka soveltaminen metallisiin sidoksiin ja yhdisteisiin johtaa vyöhyketeoria(metallin elektroninen malli), jonka mukaan metallin kidehilaan tulevissa atomeissa on ulkoisilla elektroniradoilla sijaitsevien lähes vapaiden valenssielektronien vuorovaikutus kidehilan (sähköisen) jaksollisen kentän kanssa. Tämän seurauksena elektronien energiatasot jakautuvat ja muodostavat enemmän tai vähemmän leveän kaistan. Fermin tilastojen mukaan korkein energiakaista asuu vapailla elektroneilla, kunnes se on täysin täytetty, varsinkin jos kaksi elektronia, joilla on antirinnakkaisspint, vastaavat yhden atomin energiatermejä. Se voidaan kuitenkin täyttää osittain, jolloin elektronit voivat siirtyä korkeammalle energiatasolle. Sitten

tätä kaistaa kutsutaan johtumiskaistaksi. Energiakaistojen keskinäistä järjestelyä on useita perustyyppejä, jotka vastaavat eristettä, yksiarvoista metallia, kaksiarvoista metallia, sisäistä puolijohdetta, n-tyypin puolijohdetta ja seostettua/n-tyyppistä puolijohdetta. Energiakaistojen suhde määrää myös kiinteän aineen johtavuustyypin.

Tämä teoria ei kuitenkaan mahdollista erilaisten metalliyhdisteiden kvantitatiivista karakterisointia, eikä se ole johtanut ratkaisuun metallifaasien todellisten kiderakenteiden alkuperän ongelmaan. N.V. otti huomioon homonukleaaristen metallien, metalliseosten ja metallien välisten heteroyhdisteiden kemiallisen sidoksen erityisluonteen. Ageev)