METALLISK BINDNING: EGENSKAPER, HUR DEN BILDAS OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den metalliska bindningen är den som håller metallelementens atomer tätt samman. Det finns i metaller och definierar alla deras fysiska egenskaper som karakteriserar dem som hårda, smidiga, formbara material och goda ledare för värme och elektricitet.

Av alla kemiska bindningar är den metalliska bindningen den enda där elektronerna inte är exklusivt belägna mellan ett par atomer, utan är delokaliserade mellan miljoner av dem i ett slags lim eller "hav av elektroner" som håller dem tätt ihop. eller sammanhängande.

Kopparmetallbindning

Antag till exempel att metallkoppar. I koppar ger dess Cu-atomer upp sina valenselektroner för att bilda den metalliska bindningen. Ovanför denna bindning representeras som Cu ²⁺ katjoner (blå cirklar) omgiven av elektroner (gula cirklar). Elektronerna är inte fortfarande: de rör sig genom kopparkristallen. I metaller talar vi emellertid inte formellt om katjoner, utan om neutrala metallatomer.

Den metalliska bindningen verifieras genom att undersöka egenskaperna hos de metalliska elementen, liksom egenskaperna hos deras legeringar. Dessa integrerar en serie glänsande, silver, tuffa, hårda material, som också har höga smält- och kokpunkter.

Hur bildas den metalliska bindningen?

Metallbindning i zink

Metallbindningen bildas endast mellan en uppsättning eller grupp metallatomer. För att elektronerna ska flytta genom metallkristallen måste det finnas en "motorväg" som de kan färdas på. Detta är utformat utifrån överlappningen av alla de atomära orbitalerna i angränsande atomer.

Tänk till exempel på en rad zinkatomer, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Dessa atomer överlappar deras valens atomiska orbitaler för att skapa molekylära orbitaler. I sin tur överlappar dessa molekylära orbitaler med andra orbitaler i angränsande Zn-atomer.

Varje zinkatom bidrar med två elektroner för att bidra till den metalliska bindningen. På detta sätt har överlappningen eller sammanslagningen av molekylära orbitaler, och atomerna som doneras av zink, sitt ursprung i en "motorväg" genom vilken elektronerna delokaliseras genom hela kristallen som om de vore ett lim eller ett hav av elektroner, som täcker eller badar alla metallatomer.

Egenskaper hos metallbindningen

strukturer

Den metalliska bindningen har sitt ursprung i kompakta strukturer, där atomerna är nära förenade, utan mycket avstånd som skiljer dem. Beroende på typen av specifik struktur finns det olika kristaller, vissa tätare än andra.

I metalliska strukturer talar man inte om molekyler, utan om neutrala atomer (eller katjoner, enligt andra perspektiv). När vi återgår till exemplet med koppar, finns det i dess kompakterade kristaller inga Cu _2- molekyler med en Cu-Cu-kovalent bindning.

Omorganisering

Den metalliska bindningen har egenskapen att omorganisera sig själv. Detta händer inte med de kovalenta och joniska bindningarna. Om en kovalent bindning bryts kommer den inte att formas om som ingenting hade hänt. Dessutom är de elektriska laddningarna på den joniska bindningen oundvikliga om inte en kemisk reaktion äger rum.

Tänk till exempel på metallkvicksilver för att förklara denna punkt.

Den metalliska bindningen mellan två intilliggande kvicksilveratomer, Hg ··· Hg, kan brytas och formas på nytt med en annan angränsande atom om kristallen utsätts för en yttre kraft som deformerar den.

Således omorganiseras bindningen medan glaset genomgår deformation. Detta ger metaller egenskaperna att vara duktila och formbara material. Annars kommer de att bryta som bitar av glas eller keramik, även när de är varma.

Termiska och elektriska ledningsförmågor

Egenskapen som den metalliska bindningen har att ha sina elektroner avlägsnade ger också metaller förmågan att leda värme och elektricitet. Detta beror på att eftersom elektroner är delokaliserade och rör sig överallt överför de effektivt atomvibrationer som om det vore en våg. Dessa vibrationer översätts till värme.

Å andra sidan, när elektroner rör sig, lämnas tomma utrymmen kvar som andra kan uppta, vilket har en elektronisk vakans genom vilken fler elektroner kan "köra" och därmed komma från en elektrisk ström.

I princip, utan att ta itu med de fysiska teorierna bakom fenomenet, är detta den allmänna förklaringen av metallens elektriska konduktivitet.

Metallisk lyster

Delokaliserade och mobila elektroner kan också interagera med och avvisa fotoner i synligt ljus. Beroende på tätheten och ytan på metallen kan den uppvisa olika nyanser av grått eller silver eller till och med iriserande gnistrar. De mest exceptionella fallen är koppar, kvicksilver och guld, som absorberar fotoner med vissa frekvenser.

Elektrondelokalisering

För att förstå den metalliska bindningen är det nödvändigt att förstå vad som menas med avlägsnandet av elektroner. Det är omöjligt att avgöra var elektronerna är. Det kan emellertid uppskattas i vilket område i rymden de sannolikt kommer att hittas. I en kovalent bindning AB distribueras elektronparet i utrymmet som separerar atomerna A och B; de sägs då ligga mellan A och B.

I en AB-metallbindning kan det emellertid inte sägas att elektroner beter sig på samma sätt som i en AB-kovalent bindning. De är inte belägna mellan två specifika atomer av A och B, men diffunderas eller riktas till andra delar av det fasta materialet där det också är komprimerade, det vill säga nära bundna, atomerna i A och B.

När detta är så sägs elektronerna i den metalliska bindningen vara delokaliserade: de rör sig i alla riktningar där det finns atomer i A och B, som visas i den första bilden med kopparatomerna och deras elektroner.

Därför talar vi i en metallbindning om en delokalisering av dessa elektroner, och denna egenskap är ansvarig för många av de egenskaper som metaller har. Teorin om elektronet havet bygger också på det.

Exempel på metallbindningar

Några vanliga metalllänkar i vardagen är följande:

- Metalliska element

Zink

Metallbindning i zink

I zink, en övergångsmetall, kopplas dess atomer till av metallbindningen.

Guld (Au)

Rent guld, liksom legeringarna av detta material med koppar och silver, används för närvarande mycket i fina smycken.

Koppar (Cu)

Denna metall används i stor utsträckning i elektriska applikationer tack vare dess utmärkta elektriska ledningsegenskaper.

Silver (Ag)

Med tanke på dess egenskaper används denna metall i stor utsträckning både i applikationer för fina smycken och inom det industriella området.

Nickel (Ni)

I dess rena tillstånd används det vanligtvis för tillverkning av mynt, batterier, gjuteri eller olika metalldelar.

Kadmium (Cd)

Det är ett mycket giftigt material och används vid tillverkning av batterier.

Platinum (Pt)

Det används i fina smycken (legeringar med guld) och vid tillverkning av laboratoriemätinstrument och tandimplantat.

Titan (Ti)

Denna metall används vanligtvis inom teknik såväl som vid tillverkning av osteosyntetiska implantat, industriella applikationer och smycken.

Bly (Pb)

Detta material används vid tillverkning av elektriska ledare, mer specifikt för tillverkning av yttermanteln av telefon- och telekommunikationskablar.

- Metalliska föreningar

Vanligt stål

Reaktionen av järn med kol producerar vanligt stål, ett material som är mycket mer motståndskraftigt mot mekanisk påfrestning jämfört med järn.

Rostfritt stål

En variation på ovanstående material kan hittas genom att kombinera vanligt stål med övergångsmetaller som krom och nickel.

Brons

Det produceras genom att kombinera koppar med tenn, i en ungefärlig andel av 88% respektive 12%. Det används för tillverkning av mynt, verktyg och offentliga ornament.

Kvicksilverlegeringar

Olika legeringar av kvicksilver med andra övergångsmetaller, såsom silver, koppar och zink, producerar de amalgamer som används inom tandvård.

Chrome Platinum Alloy

Denna typ av legering används ofta för att göra rakknivar.

Pieltre

Denna legering av tenn, antimon, kuvert och vismut används ofta för att tillverka hushållsredskap.

Mässing

Det genereras genom att kombinera koppar med zink, i en andel av 67% respektive 33%. Det används för tillverkning av hårdvaruartiklar.

Sea of ​​Electron Theory

Enkel representation av ett hav av elektroner. Källa: Muskid

Bilden ovan illustrerar begreppet ett hav av elektroner. Enligt teorin om elektronet havet, metall atomer tappar deras valenselektroner (negativa laddningar) för att bli atomjoner (positiva laddningar). De frigjorda elektronerna blir en del av ett hav där de är delokaliserade för varje tum av metallkristallen.

Detta betyder dock inte att en metall består av joner; dess atomer är faktiskt neutrala. Vi talar inte om Hg ⁺ -joner i flytande kvicksilver, utan om neutrala Hg-atomer.

Ett annat sätt att visualisera elektronen havet är genom att anta atomerna neutralitet. Även om de beviljar sina elektroner för att definiera den metalliska bindningen som håller dem tätt sammanhängande, tar de också omedelbart andra elektroner från andra områden i kristallen, så att de aldrig får en positiv laddning.

Denna teori förklarar varför metaller är duktila, formbara och hur bindningar kan omorganiseras för att möjliggöra deformation av en kristall utan att bryta. En del människor kallar detta hav av elektroner "elektronisk cement", eftersom det kan röra sig, men under normala förhållanden stelnar det och håller metallatomerna fasta och fasta.

referenser

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallisk limning. Återställd från: en.wikipedia.org
4. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (4 april 2016). Metallisk bindning. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 januari 2020). Metallisk obligation: Definition, egenskaper och exempel. Återställd från: thoughtco.com
6. Jim Clark. (29 september 2019). Metallisk limning. Kemi LibreTexts. Återställd från: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Vad är en metallisk obligation? - Definition, egenskaper och exempel. Studie. Återställd från: study.com