LEGĂTURĂ METALICĂ: PROPRIETĂȚI, MODUL DE FORMARE ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Legătura metalică este cea care ține strâns atomii elementelor metalice. Este prezent în metale și definește toate proprietățile lor fizice care le caracterizează drept materiale dure, ductile, maleabile și buni conductori de căldură și electricitate.

Dintre toate legăturile chimice, legătura metalică este singura în care electronii nu sunt situați exclusiv între o pereche de atomi, ci sunt delocați între milioane dintre ei într-un fel de lipici sau „marea de electroni” care îi ține strâns. sau coeziv.

Legătură metalică de cupru

De exemplu, să presupunem că cupru metalic. În cupru, atomii săi de Cu cedează electronii lor de valență pentru a forma legătura metalică. Deasupra acestei legături este reprezentat ca cationi Cu ²⁺ (cercuri albastre) înconjurat de electroni (cercuri galbene). Electronii nu sunt nemișcați: se mișcă în întregul cristal de cupru. Cu toate acestea, în metale nu vorbim formal de cationi, ci de atomi de metale neutre.

Legătura metalică se verifică prin examinarea proprietăților elementelor metalice, precum și a celor ale aliajelor lor. Acestea alcătuiesc o serie de materiale strălucitoare, argintii, dure, dure, care au și puncte de topire și fierbere ridicate.

Cum se formează legătura metalică?

Legătură metalică în zinc

Legătura metalică se formează numai între un set sau grup de atomi de metal. Pentru ca electronii să se mute în întregul cristal metalic, trebuie să existe o „autostradă” pe care să poată călători. Aceasta este proiectată din suprapunerea tuturor orbitelor atomice ale atomilor vecini.

De exemplu, luați în considerare un rând de atomi de zinc, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Acești atomi se suprapun pe orbitalii lor atomici de valență pentru a crea orbitali moleculari. La rândul lor, aceste orbitale moleculare se suprapun cu alte orbitale ale atomilor Zn vecini.

Fiecare atom de zinc contribuie cu doi electroni pentru a contribui la legătura metalică. În acest fel, suprapunerea sau unirea orbitalelor moleculare și a atomilor donați de zinc, generează o „autostradă” prin care electronii sunt delocalizați pe întregul cristal ca și cum ar fi un lipici sau o mare de electroni, care acoperă sau scăldând toți atomii metalici.

Proprietățile legăturii metalice

structuri

Legătura metalică generează structuri compacte, unde atomii sunt strâns uniți, fără prea multă distanță care îi separă. În funcție de tipul de structură specifică, există diferite cristale, unele mai dense decât altele.

În structurile metalice, nu se vorbește de molecule, ci de atomi neutri (sau cationi, conform altor perspective). Revenind la exemplul de cupru, în cristalele compactat nu exista Cu ₂ molecule , cu o legătură covalentă Cu-Cu.

Reorganizare

Legatura metalica are proprietatea de a se reorganiza. Acest lucru nu se întâmplă cu legăturile covalente și ionice. Dacă o legătură covalentă se rupe, ea nu se va re-forma ca și cum nu s-ar fi întâmplat nimic. De asemenea, sarcinile electrice pe legătura ionică sunt invariabile, cu excepția cazului în care are loc o reacție chimică.

Luați în considerare, de exemplu, mercurul metalic pentru a explica acest punct.

Legătura metalică dintre doi atomi de mercur adiacenți, Hg ··· Hg, se poate rupe și re-forma cu un alt atom vecin dacă cristalul este supus unei forțe externe care îl deformează.

Astfel, legătura este reorganizată în timp ce sticla suferă deformare. Acest lucru conferă metalelor proprietățile de a fi materiale ductile și maleabile. În caz contrar, se vor sparge ca niște bucăți de sticlă sau ceramică, chiar și atunci când sunt fierbinți.

Conductivități termice și electrice

Proprietatea pe care o are legătura metalică de a avea delegații electroni, de asemenea, oferă metalelor capacitatea de a conduce căldură și electricitate. Acest lucru se datorează faptului că, din moment ce electronii sunt delocalizați și se deplasează peste tot, ei transmit în mod eficient vibrațiile atomice ca și cum ar fi o undă. Aceste vibrații se traduc în căldură.

Pe de altă parte, atunci când electronii se mișcă, spațiile goale sunt lăsate în urmă, pe care le pot ocupa alții, având astfel un post electronic prin care mai mulți electroni pot „rula” și astfel pot genera un curent electric.

În principiu, fără a aborda teoriile fizice din spatele fenomenului, aceasta este explicația generală a conductivității electrice a metalelor.

Lustru metalic

Electronii delocați și mobili pot interacționa și cu respingerea fotonilor în lumina vizibilă. În funcție de densitățile și suprafața metalului, acesta poate afișa diferite nuanțe de gri sau argintiu, sau chiar paiete iridescente. Cazurile cele mai excepționale sunt cele de cupru, mercur și aur, care absorb fotoni de anumite frecvențe.

Delocalizarea electronilor

Pentru a înțelege legătura metalică este necesar să înțelegem ce se înțelege prin delocalizarea electronilor. Este imposibil să se stabilească unde se află electronii. Cu toate acestea, se poate estima în ce regiune a spațiului este probabil să se găsească. Într-o legătură covalentă AB, perechea de electroni este distribuită în spațiul care separă atomii A și B; atunci li se spune că sunt situate între A și B.

Cu toate acestea, într-o legătură metalică AB, nu se poate spune că electronii se comportă la fel ca într-o legătură covalentă AB. Acestea nu sunt situate între doi atomi specifici ai A și B, ci sunt difuzate sau direcționate către alte părți ale solidului unde există, de asemenea, compactate, adică strâns legate, atomi de A și B.

Când se întâmplă acest lucru, se spune că electronii legăturii metalice sunt delocați: aceștia se deplasează în orice direcție unde sunt atomi de A și B, așa cum se arată în prima imagine cu atomii de cupru și electronii lor.

Prin urmare, în legătura metalică vorbim de o delocalizare a acestor electroni, iar această caracteristică este responsabilă pentru multe dintre proprietățile pe care le au metalele. Teoria mării electronilor se bazează și pe ea.

Exemple de legături metalice

Câteva legături metalice utilizate frecvent în viața de zi cu zi sunt următoarele:

- Elemente metalice

Zinc

Legătură metalică în zinc

În zinc, un metal de tranziție, atomii săi sunt legați de legătura metalică.

Aur (Au)

Aurul pur, la fel ca aliajele acestui material cu cupru și argint, sunt în prezent foarte utilizate în bijuteriile fine.

Cupru (Cu)

Acest metal este utilizat pe scară largă în aplicații electrice, datorită proprietăților sale excelente de conducere a energiei electrice.

Argint (Ag)

Având în vedere proprietățile sale, acest metal este utilizat pe scară largă atât în ​​aplicații de bijuterii fine, cât și în domeniul industrial.

Nichel (Ni)

În stare pură este de obicei utilizat pentru fabricarea de monede, baterii, turnătorie sau diverse piese metalice.

Cadmiu (Cd)

Este un material foarte toxic și este utilizat la fabricarea bateriilor.

Platină (Pt)

Este utilizat în bijuterii fine (aliaje cu aur), și la fabricarea instrumentelor de măsurare de laborator și a implanturilor dentare.

Titan (Ti)

Acest metal este utilizat frecvent în inginerie, precum și la fabricarea de implanturi osteosintetice, aplicații industriale și bijuterii.

Plumb (Pb)

Acest material este utilizat la fabricarea conductoarelor electrice, mai precis, la fabricarea jachetei exterioare a cablurilor telefonice și de telecomunicații.

- Compuși metalici

Oțel comun

Reacția fierului cu carbonul produce oțel comun, un material mult mai rezistent la stresul mecanic în comparație cu fierul.

Oțel inoxidabil

O variantă a materialului de mai sus poate fi găsită prin combinarea oțelului comun cu metale de tranziție, cum ar fi cromul și nichelul.

Bronz

Este produs prin combinarea cuprului cu staniu, în proporție aproximativă de 88%, respectiv 12%. Este utilizat la confecționarea de monede, instrumente și ornamente publice.

Aliajele de mercur

Diverse aliaje de mercur cu alte metale de tranziție, cum ar fi argintul, cuprul și zincul, produc amalgamele utilizate în stomatologie.

Aliaj de platină Chrome

Acest tip de aliaj este utilizat pe scară largă pentru fabricarea de lame de ras.

Pieltre

Acest aliaj de staniu, antimoniu, plic și bismut este utilizat în mod obișnuit pentru confecționarea ustensilelor de uz casnic.

Alamă

Este generat prin combinarea cuprului cu zincul, în proporție de 67%, respectiv 33%. Este utilizat la fabricarea articolelor hardware.

Teoria mării electronilor

Reprezentare simplă a unei mări de electroni. Sursa: Muskid

Imaginea de mai sus ilustrează conceptul de mare de electroni. Conform teoriei mării electronilor, atomii de metal își vărsă electronii de valență (sarcini negative) pentru a deveni ioni atomici (sarcini pozitive). Electronii eliberați devin o parte a unei mări în care sunt delocați pentru fiecare centimetru de cristal metalic.

Totuși, acest lucru nu înseamnă că un metal este format din ioni; atomii săi sunt de fapt neutri. Nu vorbim de ioni Hg ⁺ în mercur lichid, ci de atomi de Hg neutri.

Un alt mod de a vizualiza marea de electroni este prin asumarea neutralității atomilor. Astfel, deși își acordă electronii pentru a defini legătura metalică care le menține strâns coezive, ei primesc instantaneu alți electroni din alte regiuni ale cristalului, astfel încât să nu obțină niciodată o încărcătură pozitivă.

Această teorie explică de ce metalele sunt ductile, maleabile și cum pot fi rearanjate legăturile pentru a permite deformarea unui cristal fără rupere. Unii oameni numesc această mare de electroni „ciment electronic”, deoarece este capabil să se miște, dar în condiții normale, se solidifică și menține atomii metalici fermi și fixați.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Lipire metalică. Recuperat de la: en.wikipedia.org
4. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (4 aprilie 2016). Legătură metalică. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (29 ianuarie 2020). Obligatie metalica: definitie, proprietati si exemple. Recuperat de la: thinkco.com
6. Jim Clark. (29 septembrie 2019). Lipire metalică. Chimie LibreTexturi. Recuperat din: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Ce este o obligațiune metalică? - Definiție, proprietăți și exemple. Studiu. Recuperat din: studiu.com