METALLISK BINDING: EGENSKABER, HVORDAN DEN DANNES OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den metalliske binding er den, der holder atomerne i de metalliske elementer tæt sammen. Det er til stede i metaller og definerer alle deres fysiske egenskaber, der karakteriserer dem som hårde, duktile, formbare materialer og gode ledere af varme og elektricitet.

Af alle de kemiske bindinger er den metalliske binding den eneste, hvor elektronerne ikke er placeret udelukkende mellem et par atomer, men er placeret mellem millioner af dem i en slags lim eller "hav af elektroner", der holder dem tæt sammen. eller sammenhængende.

Kobber metalbinding

Antag f.eks., At metal kobber. I kobber opgiver dens Cu-atomer deres valenselektroner til dannelse af den metalliske binding. Over denne binding er repræsenteret som Cu ²⁺ kationer (blå cirkler) omgivet af elektroner (gule cirkler). Elektronerne er ikke stadig: de bevæger sig gennem kobberkrystallen. I metaller taler vi imidlertid ikke formelt om kationer, men om neutrale metalatomer.

Den metalliske binding verificeres ved at undersøge egenskaberne for de metalliske elementer såvel som deres legeringer. Disse integrerer en række skinnende, sølv, seje, hårde materialer, som også har høje smelte- og kogepunkter.

Hvordan dannes den metalliske binding?

Metallisk binding i zink

Metalbindingen dannes kun mellem et sæt eller gruppe metalatomer. For at elektronerne skal flytte gennem den metalliske krystal, skal der være en "motorvej", som de kan køre på. Dette er designet ud fra overlapningen af ​​alle de atomære orbitaler i de nærliggende atomer.

Overvej for eksempel en række zinkatomer, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Disse atomer overlapper deres valens atomiske orbitaler for at skabe molekylære orbitaler. Til gengæld overlapper disse molekylære orbitaler med andre orbitaler i nabolandet af Zn-atomer.

Hvert zinkatom bidrager med to elektroner til at bidrage til den metalliske binding. På denne måde stammer overlapningen eller sammenslutningen af ​​molekylære orbitaler og atomerne, der er doneret af zink, en "hovedvej", hvorpå elektronerne delokaliseres i hele krystallen, som om de var et lim eller et hav af elektroner, der dækker eller bade alle metalliske atomer.

Egenskaber ved den metalliske binding

strukturer

Den metalliske binding stammer fra kompakte strukturer, hvor atomerne er tæt forenet uden stor afstand, der adskiller dem. Afhængig af typen af ​​specifik struktur er der forskellige krystaller, nogle mere tætte end andre.

I metalliske strukturer taler man ikke om molekyler, men om neutrale atomer (eller kationer i henhold til andre perspektiver). Vender tilbage til eksemplet med kobber, i dens sammenpressede krystaller er der ingen Cu ₂ molekyler, med en Cu-Cu kovalent binding.

Omorganisering

Den metalliske binding har egenskaben af ​​at omorganisere sig selv. Dette sker ikke med de kovalente og ioniske bindinger. Hvis en kovalent binding bryder, vil den ikke forme sig igen, som om intet var sket. Også de elektriske ladninger på den ioniske binding er ufravigelige, medmindre der sker en kemisk reaktion.

Overvej for eksempel metalkviksølv for at forklare dette punkt.

Den metalliske binding mellem to tilstødende kviksølvatomer, Hg ··· Hg, kan gå i stykker og forme igen med et andet tilstødende atom, hvis krystallen udsættes for en ekstern kraft, der deformerer den.

Bindingen omorganiseres således, mens glasset gennemgår deformation. Dette giver metaller egenskaber ved at være duktile og formbare materialer. Ellers bryder de som stykker glas eller keramik, også når de er varme.

Termiske og elektriske ledningsevner

Den egenskab, som den metalliske binding har ved at få sine elektroner fjernet, giver også metaller mulighed for at lede varme og elektricitet. Dette skyldes, at eftersom elektronerne er delokaliserede og bevæger sig overalt, transmitterer de effektivt atomvibrationerne, som om det var en bølge. Disse vibrationer omsættes til varme.

På den anden side, når elektroner bevæger sig, forlades tomme rum, som andre kan besætte, og har således en elektronisk ledig stilling, gennem hvilken flere elektroner kan "køre" og dermed stamme en elektrisk strøm.

I princippet, uden at tage fat på de fysiske teorier bag fænomenet, er dette den generelle forklaring på metalleres elektriske ledningsevne.

Metallisk glans

Delokaliserede og mobile elektroner kan også interagere med og afvise fotoner i synligt lys. Afhængigt af densiteter og metaloverfladen kan det udvise forskellige nuancer af gråt eller sølv eller endda iriserende gnister. De mest usædvanlige tilfælde er kobber, kviksølv og guld, der absorberer fotoner med bestemte frekvenser.

Elektrondelokalisering

For at forstå den metalliske binding er det nødvendigt at forstå, hvad der menes med delokalisering af elektroner. Det er umuligt at bestemme, hvor elektronerne er. Det kan dog estimeres i hvilket område af rummet de sandsynligvis findes. I en kovalent binding AB er elektronerparet fordelt i det rum, der adskiller atomerne A og B; de siges derefter at være placeret mellem A og B.

I en AB-metallisk binding kan det imidlertid ikke siges, at elektroner opfører sig på samme måde som i en AB-kovalent binding. De er ikke placeret mellem to specifikke atomer i A og B, men diffunderes eller dirigeres til andre dele af det faste stof, hvor der også er komprimeret, det vil sige tæt bundet, atomer i A og B.

Når dette er tilfældet, siges det, at elektronerne i den metalliske binding er delokaliserede: De rejser i alle retninger, hvor der er atomer i A og B, som vist i det første billede med kobberatomer og deres elektroner.

Derfor taler vi i den metalliske binding om en delokalisering af disse elektroner, og denne egenskab er ansvarlig for mange af de egenskaber, som metaller har. Teorien om elektronet hav er også baseret på det.

Eksempler på metalliske bindinger

Nogle almindeligt anvendte metalforbindelser i dagligdagen er som følger:

- Metalliske elementer

Zink

Metallisk binding i zink

I zink, et overgangsmetal, er dets atomer forbundet med metalbindingen.

Guld (Au)

Rent guld, ligesom legeringer af dette materiale med kobber og sølv, bruges i øjeblikket meget i fine smykker.

Kobber (Cu)

Dette metal er vidt brugt i elektriske applikationer takket være dets fremragende elektriske ledningsegenskaber.

Sølv (Ag)

I betragtning af dens egenskaber bruges dette metal i vid udstrækning både til fine smykkeapplikationer og i det industrielle felt.

Nikkel (Ni)

I sin rene tilstand bruges det normalt til fremstilling af mønter, batterier, støberi eller forskellige metaldele.

Kadmium (Cd)

Det er et meget giftigt materiale og bruges til fremstilling af batterier.

Platin (Pt)

Det bruges i fine smykker (legeringer med guld) og til fremstilling af laboratoriemåleinstrumenter og tandimplantater.

Titanium (Ti)

Dette metal er almindeligt anvendt inden for teknik samt til fremstilling af osteosyntetiske implantater, industrielle applikationer og smykker.

Bly (Pb)

Dette materiale anvendes til fremstilling af elektriske ledere, mere specifikt til fremstilling af den ydre kappe af telefon- og telekommunikationskabler.

- Metalliske forbindelser

Almindeligt stål

Reaktionen af ​​jern med kulstof producerer almindeligt stål, et materiale, der er meget mere modstandsdygtigt over for mekanisk belastning sammenlignet med jern.

Rustfrit stål

En variation på ovennævnte materiale kan findes ved at kombinere almindeligt stål med overgangsmetaller, såsom chrom og nikkel.

Bronze

Det produceres ved at kombinere kobber med tin i en tilnærmelsesvis andel på henholdsvis 88% og 12%. Det bruges til fremstilling af mønter, værktøjer og offentlige ornamenter.

Kviksølvlegeringer

Forskellige legeringer af kviksølv med andre overgangsmetaller, såsom sølv, kobber og zink, producerer de amalgamer, der anvendes i tandpleje.

Chrome Platinum-legering

Denne type legering er vidt brugt til at fremstille barberblad.

Pieltre

Denne legering af tin, antimon, kuvert og vismut bruges ofte til husholdningsredskaber.

Messing

Det genereres ved at kombinere kobber med zink i en andel af henholdsvis 67% og 33%. Det bruges til fremstilling af hardwareartikler.

Sea of ​​Electron Theory

Enkel repræsentation af et hav af elektroner. Kilde: Muskid

Billedet ovenfor illustrerer begrebet et hav af elektroner. I henhold til teorien om havet af elektroner, kaster metalatomer deres valenselektroner (negative ladninger) for at blive atomioner (positive ladninger). De frigjorte elektroner bliver en del af et hav, hvor de delokaliseres for hver tomme af den metalliske krystal.

Dette betyder dog ikke, at et metal består af ioner; dens atomer er faktisk neutrale. Vi taler ikke om Hg ⁺ -ioner i flydende kviksølv, men om neutrale Hg-atomer.

En anden måde at visualisere elektronet på er ved at antage atomerne neutralitet. Selvom de giver deres elektroner til at definere den metalliske binding, der holder dem tæt sammenhængende, modtager de også øjeblikkeligt andre elektroner fra andre regioner i krystallen, så de aldrig får en positiv ladning.

Denne teori forklarer, hvorfor metaller er duktile, formbare, og hvordan bindinger kan omarrangeres for at muliggøre deformation af en krystal uden at bryde. Nogle mennesker kalder dette hav af elektroner "elektronisk cement", da det er i stand til at bevæge sig, men under normale forhold størkner det og holder de metalliske atomer faste og faste.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallisk limning. Gendannet fra: en.wikipedia.org
4. Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (4. april 2016). Metallisk binding. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (29. januar 2020). Metallisk obligation: Definition, egenskaber og eksempler. Gendannes fra: thoughtco.com
6. Jim Clark. (29. september 2019). Metallisk limning. Kemi LibreTexts. Gendannes fra: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Hvad er en metallisk obligation? - Definition, egenskaber og eksempler. Undersøgelse. Gendannes fra: study.com