METALLBINDING: EGENSKAPER, HVORDAN DEN DANNES OG EKSEMPLER - KJEMI - 2026

Den metalliske bindingen er den som holder atomene i metallelementene tett sammen. Den er til stede i metaller og definerer alle deres fysiske egenskaper som karakteriserer dem som harde, smidbare, formbare materialer og gode ledere av varme og elektrisitet.

Av alle kjemiske bindinger er den metalliske bindingen den eneste der elektronene ikke befinner seg utelukkende mellom et par atomer, men er delokalisert mellom millioner av dem i et slags lim eller "hav av elektroner" som holder dem tett sammen. eller sammenhengende.

Kobbermetallbinding

Anta for eksempel at metallkobberet. I kobber gir Cu-atomene sine valenselektroner for å danne den metalliske bindingen. Over denne bindingen er representert som Cu ²⁺ kationer (blå sirkler) omgitt av elektroner (gule sirkler). Elektronene er ikke fremdeles: de beveger seg gjennom kobberkrystallen. I metaller snakker vi imidlertid ikke formelt om kationer, men om nøytrale metallatomer.

Den metalliske bindingen verifiseres ved å undersøke egenskapene til metallelementene, så vel som de til legeringene deres. Disse integrerer en serie skinnende, sølv, tøffe, harde materialer, som også har høye smelte- og kokepunkter.

Hvordan dannes den metalliske bindingen?

Metallbinding i sink

Metallbindingen dannes bare mellom ett sett eller gruppe metallatomer. For at elektronene skal flytte gjennom den metalliske krystallen, må det være en "motorvei" som de kan reise på. Dette er designet ut fra overlappingen av alle atomomløpene til de nærliggende atomene.

Tenk for eksempel på en rad sinkatomer, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Disse atomene overlapper atomens orbitaler med valens for å skape molekylære orbitaler. I sin tur overlapper disse molekylære orbitalene med andre orbitaler i nabolandet Zn-atomer.

Hvert sinkatom bidrar med to elektroner for å bidra til den metalliske bindingen. På denne måten har overlapping eller forening av molekylære orbitaler, og atomene som er donert av sink, opprinnelsen til en "motorvei" der elektronene blir delokalisert gjennom hele krystallen som om de var et lim eller et hav av elektroner, som dekker eller bading alle metallatomer.

Egenskaper ved den metalliske bindingen

strukturer

Den metalliske bindingen har opprinnelse av kompakte strukturer, der atomene er tett samlet, uten stor avstand som skiller dem. Avhengig av type struktur, er det forskjellige krystaller, noen tettere enn andre.

I metalliske strukturer snakker man ikke om molekyler, men om nøytrale atomer (eller kationer, i henhold til andre perspektiver). Når det gjelder kobbereksemplet, er det i dets komprimerte krystaller ingen Cu _2- molekyler med en kovalent Cu-Cu-binding.

omorganisering

Den metalliske bindingen har egenskapen til å omorganisere seg selv. Dette skjer ikke med de kovalente og ioniske bindinger. Hvis en kovalent binding brytes, vil den ikke formes på nytt som om ingenting hadde skjedd. Også de elektriske ladningene på den ioniske bindingen er ufravikelige med mindre en kjemisk reaksjon finner sted.

Tenk for eksempel metallkvikksølv for å forklare dette.

Den metalliske bindingen mellom to tilstøtende kvikksølvatomer, Hg ··· Hg, kan bryte og formes på nytt med et annet nabomateriale hvis krystallen utsettes for en ytre kraft som deformerer den.

Således blir bindingen omorganisert mens glasset gjennomgår deformasjoner. Dette gir metaller egenskapene til å være duktile og formbare materialer. Ellers vil de knekke som glass eller keramikk, selv når de er varme.

Termiske og elektriske ledningsevner

Egenskapen som den metalliske bindingen har å ha sine elektroner fjernet gir også metaller muligheten til å lede varme og elektrisitet. Dette fordi elektronene er delokalisert og beveger seg overalt, de effektivt overfører atomvibrasjonene som om det var en bølge. Disse vibrasjonene blir varme.

På den annen side, når elektroner beveger seg, blir det igjen tomme rom som andre kan okkupere, og dermed ha en elektronisk ledighet som flere elektroner kan "kjøre" og dermed stamme en elektrisk strøm.

I prinsippet, uten å ta for seg de fysiske teoriene bak fenomenet, er dette den generelle forklaringen på metallens elektriske ledningsevne.

Metallisk glans

Delokaliserte og mobile elektroner kan også samhandle med og avvise fotoner i synlig lys. Avhengig av tettheten og overflaten av metallet, kan det utvise forskjellige nyanser av grått eller sølv, eller til og med iriserende gnister. De mest eksepsjonelle tilfellene er kobber, kvikksølv og gull, som tar opp fotoner med visse frekvenser.

Elektrondelokalisering

For å forstå den metalliske bindingen er det nødvendig å forstå hva som menes med delokalisering av elektroner. Det er umulig å bestemme hvor elektronene er. Det kan imidlertid estimeres i hvilket område av rommet de sannsynligvis vil bli funnet. I en kovalent binding AB fordeles paret av elektroner i rommet som skiller atomene A og B; de sies da å være plassert mellom A og B.

I en AB metallisk binding kan det imidlertid ikke sies at elektroner oppfører seg på samme måte som i en AB kovalent binding. De er ikke lokalisert mellom to spesifikke atomer i A og B, men diffunderes eller ledes til andre deler av det faste stoffet hvor det også er komprimert, det vil si tett bundet, atomer i A og B.

Når dette er tilfelle, sies elektronene fra den metalliske bindingen å være delokaliserte: de reiser hvilken som helst retning der det er atomer i A og B, som vist i det første bildet med kobberatomene og deres elektroner.

Derfor snakker vi i metallbindingen om en delokalisering av disse elektronene, og denne egenskapen er ansvarlig for mange av egenskapene som metaller har. Teorien om elektronet hav er også basert på det.

Eksempler på metalliske bindinger

Noen ofte brukte metallkoblinger i dagliglivet er som følger:

- Metalliske elementer

Sink

Metallbinding i sink

I sink, et overgangsmetall, knyttes dets atomer sammen av metallbindingen.

Gull (Au)

Rent gull, som legeringene av dette materialet med kobber og sølv, brukes for tiden sterkt i fine smykker.

Kobber (Cu)

Dette metallet er mye brukt i elektriske applikasjoner, takket være dets utmerkede elektriske ledningsegenskaper.

Sølv (Ag)

Gitt dens egenskaper, er dette metallet mye brukt både i smykkesøknader og i industrielt felt.

Nikkel (Ni)

I sin rene tilstand brukes det vanligvis til fremstilling av mynter, batterier, støperi eller forskjellige metalldeler.

Kadmium (Cd)

Det er et veldig giftig materiale og brukes til fremstilling av batterier.

Platinum (Pt)

Det brukes i fine smykker (legeringer med gull), og til fremstilling av måleinstrumenter for laboratorier og tannimplantater.

Titan (Ti)

Dette metallet er ofte brukt i prosjektering, samt i produksjon av osteosyntetiske implantater, industrielle applikasjoner og smykker.

Bly (Pb)

Dette materialet brukes til fremstilling av elektriske ledere, mer spesifikt, for fremstilling av ytterkappen til telefon- og telekommunikasjonskabler.

- Metalliske forbindelser

Vanlig stål

Reaksjonen av jern med karbon produserer vanlig stål, et materiale som er mye mer motstandsdyktig mot mekanisk belastning sammenlignet med jern.

Rustfritt stål

En variasjon på materialet ovenfor kan bli funnet ved å kombinere vanlig stål med overgangsmetaller som krom og nikkel.

Bronse

Det produseres ved å kombinere kobber med tinn, i en tilnærmet andel på henholdsvis 88% og 12%. Det brukes til å lage mynter, verktøy og offentlige ornamenter.

Kvikksølvlegeringer

Ulike legeringer av kvikksølv med andre overgangsmetaller, som sølv, kobber og sink, produserer amalgamene som brukes i tannbehandling.

Chrome Platinum Alloy

Denne typen legeringer er mye brukt til å lage barberblad.

Pieltre

Denne legeringen av tinn, antimon, konvolutt og vismut brukes ofte til å lage husholdningsredskaper.

Messing

Det genereres ved å kombinere kobber med sink, i en andel på henholdsvis 67% og 33%. Det brukes til fremstilling av maskinvarevarer.

Sea of ​​Electron Theory

Enkel representasjon av et hav av elektroner. Kilde: Muskid

Bildet over illustrerer begrepet et hav av elektroner. I henhold til the sea of ​​electrons theory, metalliske atomer kaster sine valenselektroner (negative ladninger) for å bli atomioner (positive ladninger). De frigjorte elektronene blir en del av et hav der de delokaliseres for hver tomme av metallkrystallen.

Dette betyr imidlertid ikke at et metall består av ioner; Atomene er faktisk nøytrale. Vi snakker ikke om Hg ⁺ -ioner i flytende kvikksølv, men om nøytrale Hg-atomer.

En annen måte å visualisere elektronenes hav er ved å anta atomenes nøytralitet. Selv om de gir elektronene sine til å definere den metalliske bindingen som holder dem tett sammenhengende, mottar de også øyeblikkelig andre elektroner fra andre områder av krystallen, slik at de aldri får en positiv ladning.

Denne teorien forklarer hvorfor metaller er duktile, formbare, og hvordan bindinger kan omorganiseres for å tillate deformering av en krystall uten å bryte. Noen mennesker kaller dette havet av elektronene "elektronisk sement", siden det er i stand til å bevege seg, men under normale forhold stivner det og holder metallatomene faste og faste.

referanser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi (8. utg.). CENGAGE Læring.
2. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallisk liming. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
4. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (4. april 2016). Metallisk binding. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. januar 2020). Metallisk obligasjon: Definisjon, egenskaper og eksempler. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
6. Jim Clark. (29. september 2019). Metallisk liming. Kjemi LibreTexts. Gjenopprettet fra: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Hva er en metallisk obligasjon? - Definisjon, egenskaper og eksempler. Studere. Gjenopprettet fra: study.com