Metaalbinding: het vormingsmechanisme. Metal Chemical Communication:

Alle bekende chemische elementen in de periodieke tabel zijn verdeeld in twee groepen: metalen en nonmetalen. Om niet alleen elementen te worden, maar verbindingen, chemicaliën, kunnen ze met elkaar interageren, ze moeten bestaan in de vorm van eenvoudige en complexe stoffen.

Het is voor dit doel dat sommige elektronen proberen te accepteren, en anderen - om te geven. Vervanging van elkaar op deze manier vormen de elementen verschillende chemische moleculen. Maar wat kunnen ze samen houden? Waarom zijn er stoffen van zulke sterkte, die zelfs niet door de meest ernstige hulpmiddelen kunnen worden vernietigd? En anderen, integendeel, worden door de geringste invloed vernietigd. Dit alles wordt verklaard door de vorming van verschillende soorten chemische bindingen tussen atomen in moleculen, de vorming van een kristalrooster van een bepaalde structuur.

Soorten chemische bindingen in verbindingen

In totaal zijn er 4 hoofdsoorten chemische bindingen.

1. Covalent nonpolair. Het is gevormd tussen twee identieke nonmetalen als gevolg van de socialisatie van elektronen, de vorming van gemeenschappelijke elektronische paren. Valence ongepaarde deeltjes nemen deel aan de vorming ervan. Voorbeelden: halogenen, zuurstof, waterstof, stikstof, zwavel, fosfor.
2. Covalent polair. Het is gevormd tussen twee verschillende niet-metalen, of tussen een metaal dat zeer zwak is in eigenschappen en een niet-metaal zwak in elektronegativiteit. De basis is ook veel voorkomende elektronische paren en hun aanraking voor zichzelf door dat atoom waarvan de affiniteit voor het elektron hoger is. Voorbeelden: NH3 _, SiC, P205 en anderen.
3. Waterstofbinding. Het meest instabiele en zwakke, wordt gevormd tussen het sterk elektronegatieve atoom van één molecuul en de positieve. Dit gebeurt meestal wanneer de stoffen in water worden opgelost (alcohol, ammoniak enzovoort). Dankzij deze verbinding kunnen macromoleculen van eiwitten, nucleïnezuren, complexe koolhydraten bestaan enzovoort.
4. Ionische binding. Het wordt gevormd door de krachten van elektrostatische aantrekkingskracht van anders geladen metaalionen en nonmetalen. Hoe sterker het verschil in deze indicator is, des te meer uitgesproken is het ionische karakter van de interactie. Voorbeelden van verbindingen: binaire zouten, complexe verbindingen - basen, zouten.
5. De metaalbinding, het mechanisme van vorming waarvan, evenals de eigenschappen, zal verder worden overwogen. Het is gevormd in metalen, hun legeringen van verschillende soorten.

Er is zoiets als de eenheid van de chemische binding. Het zegt alleen dat het onmogelijk is om elke chemische binding als referentie te overwegen. Ze zijn allemaal voorwaardelijk aangewezen eenheden. Immers, de basis van alle interacties is een enkel principe - elektron-statische interactie. Daarom hebben de ionische, metaal-, covalente binding en waterstofbinding een enkele chemische aard en zijn er slechts grensgevallen van elkaar.

Metalen en hun fysieke eigenschappen

Metalen zijn in de overgrote meerderheid van alle chemische elementen. Dit komt door hun speciale eigenschappen. Een belangrijk deel van hen werd door de mens verkregen door nucleaire reacties in het laboratorium, zij zijn radioactief met een korte halveringstijd.

Echter, de meeste zijn natuurlijke elementen die de hele rotsen vormen en ertsen, maken deel uit van de belangrijkste verbindingen. Het is van hen dat mensen geleerd legeringen gieten en veel mooie en belangrijke producten maken. Dit zijn zoals koper, ijzer, aluminium, zilver, goud, chroom, mangaan, nikkel, zink, lood en vele anderen.

Voor alle metalen is het mogelijk om algemene fysieke eigenschappen uit te geven, wat het schema voor de vorming van een metaalbinding verklaart. Wat zijn deze eigenschappen?

1. Kovkost en plasticiteit. Het is bekend dat veel metalen kunnen worden gerold, zelfs naar de toestand van de folie (goud, aluminium). Van de anderen, draad, metalen flexibele vellen, artikelen die kunnen vervormen onder fysieke invloed, maar dan de vorm onmiddellijk herstellen na het stoppen. Het zijn deze kwaliteiten van metalen die ductiliteit en plasticiteit genoemd worden. De reden voor deze functie is het metallische type verbinding. De ionen en elektronen in de kristallen dia ten opzichte van elkaar zonder te breken, waardoor de integriteit van de gehele structuur mogelijk blijft.
2. Metalen glans. Dit verklaart ook de metaalbinding, het mechanisme van het onderwijs, de kenmerken en eigenschappen ervan. Zo zijn niet alle deeltjes in staat om lichtgolven van gelijke lengte te absorberen of te reflecteren. Atomen van de meeste metalen weerspiegelen kortgolfstralen en verwerven bijna dezelfde kleur van een zilveren, witte, bleke blauwachtige tint. Uitzonderingen zijn koper en goud, hun kleur is roodachtig en geel, respectievelijk. Ze kunnen reflecteren op langere golflengte straling.
3. Warmte en elektrische geleidbaarheid. Deze eigenschappen worden ook verklaard door de structuur van het kristalrooster en het feit dat in zijn vorming een metallisch type band wordt gerealiseerd. Door het elektronische gas dat in het kristal beweegt, zijn de elektrische stroom en warmte direct en gelijkmatig verdeeld over alle atomen en ionen en worden door het metaal geleid.
4. Vaste toestand onder normale omstandigheden. Hier is de enige uitzondering kwik. Alle andere metalen zijn noodzakelijkerwijs sterke, vaste verbindingen, evenals hun legeringen. Dit is ook het gevolg van de aanwezigheid van metaalbindingen in metalen. Het mechanisme van vorming van dit type deeltjesbinding bevestigt de eigenschappen volledig.

Dit zijn de fundamentele fysieke eigenschappen van metalen, die precies het schema voor de vorming van een metaalbinding legt en precies bepaalt. Een dergelijke methode om atomen voor metalen elementen en hun legeringen te verbinden is werkelijk. Dat is voor hen in een vaste en vloeibare toestand.

Metaal type chemische binding

Wat is zijn eigenaardigheid? Het ding is dat een dergelijke verbinding niet wordt gevormd ten koste van de geladen ionen en hun elektrostatische aantrekkingskracht en niet door het verschil in elektronegativiteit en de aanwezigheid van vrije elektronenparen. Dat wil zeggen dat de ionische, metaal-, covalente bindingen een en ander verschillend karakter hebben en kenmerkende eigenschappen van de deeltjes gebonden zijn.

Alle metalen worden gekenmerkt door dergelijke kenmerken als:

• Een klein aantal elektronen op het externe energieniveau (uitgezonderd enkele uitzonderingen, waarin ze 6,7 en 8 kunnen zijn);
• Grote atoomradius;
• Lage ionisatie energie.

Dit draagt bij tot de makkelijke scheiding van externe ongepaarde elektronen uit de kern. Er zijn veel vrije orbitals in het atoom. Het schema voor de vorming van een metalen band zal gewoon elkaar overlappen van tal van orbitale cellen van verschillende atomen met elkaar, die als resultaat een gemeenschappelijke intracristallische ruimte vormen. Elektronen uit elk atoom worden erin ingevoerd, die vrij rond de verschillende delen van het rooster beginnen te dwalen. Per periodiek komen ze bij het ion op de plaats van het kristal en verandert het in een atoom, dan weer los, een ionen vormen.

Zo is een metaalbinding een binding tussen atomen, ionen en vrije elektronen in een algemeen metaalkristal. Een elektronische cloud die vrij binnen een structuur beweegt, heet een "electron gas". Zij leggen de meeste fysische eigenschappen van metalen en hun legeringen uit.

Hoe specifiek werkt metaal chemische binding? Voorbeelden kunnen anders worden gegeven. Laten we eens kijken naar een stuk lithium. Zelfs als u het de grootte van een erwt neemt, zijn er duizenden atomen daar. Laten we ons voorstellen dat elk van deze duizenden atomen zijn valence single electron in een gemeenschappelijke kristalruimte geeft. Tegelijkertijd, door de elektronische structuur van dit element te kennen, kunt u het aantal lege orbitalen zien. In lithium zullen er 3 (p-orbitals van het tweede energieniveau) zijn. Drie voor elk atoom van tienduizenden - dit is de gemeenschappelijke ruimte in het kristal, waarin het "elektrongas" vrij beweegt.

Een stof met een metaalbinding is altijd sterk. Immers, het elektrongas laat het kristal niet krummen, maar verplaatst de lagen alleen maar en herstelt ze dan. Het schijnt, heeft een bepaalde dichtheid (meestal hoog), smeltbaarheid, buigbaarheid en plasticiteit.

Waar anders is metaal gebonden? Voorbeelden van stoffen:

• Metalen in de vorm van eenvoudige structuren;
• Alle metalen legeringen met elkaar;
• Alle metalen en hun legeringen in de vloeibare en vaste toestand.

Specifieke voorbeelden kunnen simpelweg een ongelofelijk aantal worden gegeven, omdat metalen in het periodieke systeem meer dan 80 zijn!

Metalen band: het mechanisme van het onderwijs

Als we het in zijn algemene vorm beschouwen, hebben we de bovenstaande hoofdpunten al beschreven. De aanwezigheid van vrije atoom-orbitalen en elektronen, die gemakkelijk van de kern worden losgekoppeld vanwege de lage ionisatie-energie, zijn de belangrijkste voorwaarden voor de vorming van dit type verbinding. Zo blijkt dat het gerealiseerd wordt tussen de volgende deeltjes:

• Atomen in de roosterplaatsen;
• Vrije elektronen, die valensmetalen waren;
• Ionen op de plaatsen van het kristalrooster.

Als resultaat - een metalen verbinding. Het mechanisme van het onderwijs in algemene vorm wordt uitgedrukt door het volgende record: Me ⁰ - e ^- ↔ Me ^{n +} . Uit het diagram is het duidelijk welke deeltjes aanwezig zijn in het kristal van het metaal.

Kristallen zelf kunnen verschillende vormen hebben. Het hangt af van de specifieke stof waarmee we het omgaan.

Soorten metaalkristallen

Deze structuur van het metaal of zijn legering wordt gekenmerkt door zeer dichte verpakking van deeltjes. Het wordt geleverd door ionen op de kristalplaatsen. De roosters zelf kunnen van verschillende geometrische vormen in de ruimte zijn.

1. Het lichaamgesentreerde kubieke rooster is alkalimetalen.
2. De zeshoekige compacte structuur is alkalisch, behalve barium.
3. Het gezicht-centreerde kubieke is aluminium, koper, zink, veel overgangsmetalen.
4. De rhombohedrale structuur is in kwik.
5. Tetragonaal - indium.

Hoe zwaarder het metaal en hoe lager het is in het periodieke systeem, des te complexere zijn verpakking en de ruimtelijke organisatie van het kristal. In dit geval kan de metallische chemische binding, welke voor elk bestaand metaal kan worden gegeven, cruciaal zijn voor de constructie van het kristal. Legeringen hebben zeer uiteenlopende organisaties in de ruimte, sommige van hen zijn nog niet volledig onderzocht.

Communicatie kenmerken: niet-directiviteit

Covalente en metallische bindingen hebben een zeer onderscheidende kenmerkende eigenschap. In tegenstelling tot de eerste is de metalen band niet richtinggericht. Wat betekent dit? Dat wil zeggen dat de elektronenwolk binnen het kristal helemaal vrij binnen zijn grenzen in verschillende richtingen beweegt, elk van de elektronen kan absoluut ioon in de knooppunten van de structuur aansluiten. Dat wil zeggen, interactie vindt plaats in verschillende richtingen. Vandaar dat ze zeggen dat de metaalbinding niet-directioneel is.

Het mechanisme van covalente binding impliceert de vorming van gemeenschappelijke elektronparen, dat wil zeggen wolken van overlappende atomen. En het gebeurt strikt op een bepaalde lijn die hun centra verbindt. Daarom hebben we het over de richting van zo'n verbinding.

verzadigbaarheid

Dit kenmerk weerspiegelt het vermogen van atomen om beperkte of onbeperkte interactie met anderen te hebben. Zo zijn de covalente en metallische bindingen in deze indicator opnieuw tegengesteld.

De eerste is verzadigbaar. De atomen die aan de vorming deelnemen hebben een strikt bepaald aantal valence-externe elektronen, die een directe rol spelen in de vorming van de verbinding. Meer dan hij is, hij zal geen elektronen hebben. Daarom wordt het aantal gevormde bindingen beperkt door valentie. Vandaar de verzadiging van de band. Door deze karakteristiek hebben de meeste verbindingen een constante chemische samenstelling.

Metalen en waterstofbindingen zijn integendeel onverzadigd. Dit wordt verklaard door de aanwezigheid van talrijke vrije elektronen en orbitalen in het kristal. Ook wordt de rol gespeeld door ionen op de sites van het kristalrooster, dat elk moment een atoom en weer een ionen kan worden.

Een ander kenmerk van de metallische band is de delocalisatie van de interne elektronenwolk. Het manifesteert zich in het vermogen van een klein aantal gemeenschappelijke elektronen om veel atoomkernen van metalen samen te binden. Dat wil zeggen, de dichtheid, zoals het was, is gedeokaliseerd, gelijkmatig verdeeld onder alle schakels van het kristal.

Voorbeelden van bindingvorming in metalen

Laten we een aantal concrete varianten overwegen die illustreren hoe de metaalbinding gevormd wordt. Voorbeelden van stoffen zijn als volgt:

• zink;
• aluminum;
• kalium;
• chroom.

De vorming van een metaalbinding tussen zinkatomen: Zn ⁰ - 2e ^- ↔ Zn ²⁺ . Het zinkatoom heeft vier energieniveaus. Gratis orbitals, op basis van de elektronische structuur, heeft hij 15 - 3 op de p-orbitals, 5 op 4 d en 7 op 4f. De elektronische structuur is als volgt: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ² 3d ¹⁰ 4p ⁰ 4d ⁰ 4f ⁰ , totaal in het atoom is 30 elektronen. Dat wil zeggen, twee vrije valence negatieve deeltjes kunnen binnen 15 ruime en onbewolkte orbitalen bewegen. En zo bij elk atoom. Als gevolg daarvan is er een enorme gemeenschappelijke ruimte bestaande uit lege orbitalen, en een klein aantal elektronen die de hele structuur samen koppelen.

Metalen band tussen aluminiumatomen: AL ⁰ - e ^- ↔ AL ³⁺ . Dertien elektronen van een aluminium atoom bevinden zich op drie energieniveaus, die ze duidelijk genoeg hebben. Elektronische structuur: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹ 3d ⁰ . Gratis orbitals - 7 stuks. Uiteraard zal de elektronenwolk klein zijn in vergelijking met de algemene interne vrije ruimte in het kristal.

Metalen band van chroom. Dit element is speciaal in zijn elektronische structuur. Immers, voor de stabilisatie van het systeem is er een falen van een elektron van 4s naar 3d orbitaal: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ⁵ 4p ⁰ 4d ⁰ 4f ⁰ . In totaal 24 elektronen, waarvan er zes zijn verkregen. Het zijn zij die in de gemeenschappelijke elektronische ruimte gaan voor de vorming van een chemische binding. Gratis orbitals 15, dat is nog veel meer dan nodig om te vullen. Daarom is chroom ook een typisch voorbeeld van een metaal met een geschikte binding in het molecuul.

Een van de meest actieve metalen, die zelfs met gewone water met ontsteking reageert, is kalium. Wat verklaart deze eigenschappen? Nogmaals, op vele manieren - een metallisch type verbinding. Er zijn slechts 19 elektronen in dit element, maar ze bevinden zich op 4 energieniveaus. Dat wil zeggen, op 30 orbitalen van verschillende sublevels. Elektronische structuur: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 4s ¹ 3d ⁰ 4p ⁰ 4d ⁰ 4f ⁰ . Slechts twee valence-elektronen, met zeer lage ionisatie-energie. Gratis pauze en ga naar de gemeenschappelijke elektronische ruimte. Orbitaal om een atoom te verplaatsen 22 stuks, dat wil zeggen een zeer grote vrije ruimte voor "elektronisch gas".

Vergelijkbaarheid en verschil met andere soorten verbindingen

In het algemeen is het probleem reeds hierboven besproken. Men kan alleen maar generaliseren en een conclusie trekken. De belangrijkste onderscheidend van andere soorten communicatiefuncties is de metaalkristallen zijn:

• verschillende soorten deeltjes deelnemen aan het proces van binding (atomen, ionen of atomen, ionen, elektronen);
• verschillende ruimtelijke geometrische structuur van kristallen.

Met waterstof en ionische metaal combineert verzadiging en ongericht. Met covalente polar - sterke elektrostatische aantrekking tussen deeltjes. Afzonderlijk ion - deeltjes in het kristalrooster punten (ionen). Met covalente polaire - atomen in het kristal plaatsen.

Soorten obligaties metalen van verschillende aggregatietoestand

Zoals we hierboven opgemerkt, metaal chemische binding, waarvan voorbeelden worden gegeven in het artikel wordt gevormd in de twee toestanden van aggregatie van metalen en hun legeringen: vast en vloeibaar.

De vraag is: wat voor soort verbinding met de metaaldamp? A: Covalent polaire en niet-polaire. Zoals bij alle in een gasverbindingen. Dat is niet gescheurd en de kristalstructuur behouden tijdens langdurige verhitting van het metaal en overbrengen van vaste naar vloeibare communicatie. Echter, als het gaat om vloeistof over te brengen naar de damptoestand, het kristal wordt vernietigd en metaalbinding wordt omgezet in covalente.