Skema umum untuk pembentukan ikatan logam. Ikatan logam

Ikatan logam terjadi antara atom logam. Ciri khas atom logam adalah sejumlah kecil elektron pada tingkat energi eksternal, yang dipegang lemah oleh nukleus, dan sejumlah besar orbital atom bebas dengan energi yang sama, oleh karena itu ikatan logam tidak jenuh.

Elektron valensi ikut serta dalam pembentukan ikatan dengan 8 atau 12 atom sekaligus (sesuai dengan bilangan koordinasi atom logam). Dalam kondisi ini, elektron valensi dengan energi ionisasi rendah bergerak di sepanjang orbital yang dapat diakses dari semua atom tetangga, memberikan ikatan di antara mereka.

Ikatan logam dicirikan oleh interaksi lemah elektron umum dengan inti atom yang terhubung dan delokalisasi lengkap elektron ini antara semua atom dalam kristal, yang memastikan stabilitas ikatan ini.

Pembentukan ikatan logam (M - logam):

0 - ne n +

Logam memiliki kisi kristal khusus, di simpulnya terdapat atom logam netral dan bermuatan positif, di antaranya elektron bersama ("gas elektron") bergerak bebas (di dalam kristal). Pergerakan elektron umum dalam logam dilakukan di sepanjang banyak orbital molekul yang muncul karena fusi sejumlah besar orbital bebas dari atom yang bergabung dan mencakup banyak inti atom. Dalam kasus ikatan logam, tidak mungkin untuk membicarakan arahnya, karena elektron umum terdelokalisasi secara seragam di seluruh kristal.

Fitur struktural logam menentukan sifat fisik karakteristiknya: kekerasan, kelenturan, konduktivitas listrik dan termal yang tinggi, serta kilau logam khusus.

Ikatan logam adalah karakteristik logam tidak hanya dalam keadaan padat, tetapi juga dalam keadaan cair, yaitu, ini adalah sifat agregat atom yang terletak berdekatan satu sama lain. Dalam keadaan gas, atom logam dihubungkan oleh satu atau lebih ikatan kovalen menjadi molekul, misalnya Li 2 (Li – Li), Be 2 (Be = Be), Al 4 – setiap atom aluminium dihubungkan dengan tiga atom lainnya untuk membentuk struktur tetrahedral:

4. Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen adalah jenis ikatan khusus yang unik untuk atom hidrogen. Itu terjadi ketika atom hidrogen dikaitkan dengan atom unsur yang paling elektronegatif, terutama fluor, oksigen, dan nitrogen. Mari kita perhatikan pembentukan ikatan hidrogen menggunakan contoh hidrogen fluorida. Atom hidrogen elektronegatif hanya memiliki satu elektron, sehingga dapat membentuk ikatan kovalen dengan atom fluor. Dalam hal ini, molekul hidrogen fluorida H-F muncul, di mana pasangan elektron total dipindahkan ke arah atom fluor.

Sebagai hasil dari distribusi kerapatan elektron ini, molekul hidrogen fluorida adalah dipol, kutub positifnya adalah atom hidrogen. Karena kenyataan bahwa pasangan elektron ikatan digeser ke arah atom fluor, ia dilepaskan sebagian 1 S-orbital atom hidrogen dan nukleusnya terbuka sebagian. Di atom lain mana pun, muatan positif nukleus, setelah pelepasan elektron valensi, disaring oleh kulit elektron bagian dalam, yang memastikan tolakan kulit elektron atom lain. Atom hidrogen tidak memiliki kulit seperti itu, intinya adalah partikel bermuatan positif (subatomik) yang sangat kecil - proton (diameter proton sekitar 105 kali lebih kecil dari diameter atom, dan, karena kekurangan elektronnya , ia tertarik oleh kulit elektron atom netral atau bermuatan negatif lainnya).

Kekuatan medan listrik di dekat atom hidrogen yang sebagian "telanjang" begitu besar sehingga dapat secara aktif menarik kutub negatif dari molekul tetangga. Karena kutub ini adalah atom fluor, yang memiliki tiga pasangan elektron non-ikatan, dan S- orbital atom hidrogen sebagian kosong, maka interaksi donor-akseptor terjadi antara atom hidrogen terpolarisasi positif dari satu molekul dan atom fluor terpolarisasi negatif dari molekul tetangga.

Jadi, sebagai hasil dari interaksi elektrostatik dan donor-akseptor bersama, ikatan kedua tambahan muncul dengan partisipasi atom hidrogen. Itulah apa itu ikatan hidrogen, ... N – F N – F ...

Ini berbeda dari kovalen dalam energi dan panjang. Ikatan hidrogen lebih panjang dan kurang kuat dari ikatan kovalen. Energi ikatan hidrogen adalah 8–40 kJ / mol, dan energi ikatan kovalen adalah 80–400 kJ / mol. Dalam hidrogen fluorida padat, panjang ikatan kovalen H – F adalah 95 pm, panjang ikatan hidrogen F H adalah 156 pm. Karena ikatan hidrogen antara molekul HF, kristal hidrogen fluorida padat terdiri dari rantai zigzag planar tak berujung, karena sistem tiga atom yang terbentuk karena ikatan hidrogen biasanya linier.

Ikatan hidrogen antara molekul HF sebagian dipertahankan dalam hidrogen fluorida cair dan bahkan gas.

Ikatan hidrogen secara konvensional ditulis dalam bentuk tiga titik dan digambarkan sebagai berikut:

dimana X, Y adalah atom F, O, N, Cl, S.

Energi dan panjang ikatan hidrogen ditentukan oleh momen dipol ikatan H - X dan ukuran atom Y. Panjang ikatan hidrogen berkurang, dan energinya meningkat dengan meningkatnya perbedaan antara elektronegativitas atom X dan Y (dan, karenanya, momen dipol ikatan H – X) dan dengan penurunan ukuran atom Y ...

Ikatan hidrogen juga terbentuk antara molekul yang di dalamnya terdapat ikatan O – H (misalnya, air H 2 O, asam perklorat HClO 4, asam nitrat HNO 3, asam karboksilat RCOOH, fenol C 6 H 5 OH, alkohol ROH) dan N – H (misalnya amonia NH 3, asam tiosianat HNCS, amida organik RCONH 2 dan amina RNH 2 dan R 2 NH).

Zat yang molekulnya dihubungkan oleh ikatan hidrogen berbeda dalam sifat mereka dari zat yang mirip dengan mereka dalam struktur molekul, tetapi tidak membentuk ikatan hidrogen. Titik leleh dan titik didih hidrida unsur golongan IVA, di mana tidak ada ikatan hidrogen, menurun dengan lancar dengan menurunnya nomor periode (Gbr. 15).Untuk hidrida unsur VA-VIIA, ketergantungan ini dilanggar. Tiga zat, yang molekul-molekulnya dihubungkan oleh ikatan hidrogen (amonia NH 3, air H 2 O dan hidrogen fluorida HF), memiliki titik leleh dan titik didih yang jauh lebih tinggi daripada rekan-rekan mereka (Gbr. 15). Selain itu, zat-zat ini memiliki rentang suhu yang lebih luas dari keberadaan dalam keadaan cair, panas peleburan dan penguapan yang lebih tinggi.

Ikatan hidrogen memainkan peran penting dalam proses pelarutan dan kristalisasi zat, serta dalam pembentukan kristal hidrat.

Ikatan hidrogen tidak hanya dapat terbentuk antar molekul (ikatan hidrogen antarmolekul, MBC) , seperti halnya dalam contoh yang dipertimbangkan di atas, tetapi juga antara atom-atom dari molekul yang sama (ikatan hidrogen intramolekul, VVS) . Misalnya, karena ikatan hidrogen intramolekul antara atom hidrogen dari gugus amino dan atom oksigen dari gugus karbonil, rantai polipeptida yang membentuk molekul protein memiliki bentuk heliks.

menggambar??????????????

Ikatan hidrogen memainkan peran besar dalam proses reduplikasi dan biosintesis protein. Dua untai heliks ganda DNA (asam deoksiribonukleat) disatukan oleh ikatan hidrogen. Selama proses reduplikasi, tautan ini terputus. Selama transkripsi, sintesis RNA (asam ribonukleat) menggunakan DNA sebagai template juga terjadi karena terjadinya ikatan hidrogen. Kedua proses tersebut dimungkinkan karena ikatan hidrogen mudah terbentuk dan mudah putus.

Beras. 15. Titik leleh ( A) dan mendidih ( B) hidrida unsur golongan IVА-VIIА.

Tujuan pelajaran

Berikan gambaran tentang ikatan kimia logam.

Belajarlah untuk menuliskan pembentukan ikatan logam.

Kenali sifat fisik logam.

Belajarlah untuk membedakan jenis dengan jelas ikatan kimia .

Tujuan Pelajaran

Pelajari bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain atom logam

Tentukan bagaimana ikatan logam mempengaruhi sifat-sifat zat yang dibentuk olehnya

Istilah dasar:

Keelektronegatifan - sifat kimia atom, yang merupakan karakteristik kuantitatif dari kemampuan atom dalam molekul untuk menarik pasangan elektron yang sama ke dirinya sendiri.
Ikatan kimia - fenomena interaksi atom, karena tumpang tindih awan elektron atom yang berinteraksi.
Ikatan logam - Ini adalah ikatan dalam logam antara atom dan ion, terbentuk karena sosialisasi elektron.
Ikatan kovalen - ikatan kimia, dibentuk oleh tumpang tindih sepasang elektron valensi. Elektron yang menyediakan ikatan disebut pasangan elektron bersama. Ada 2 jenis: polar dan non-polar.
Ikatan ionik - ikatan kimia yang terbentuk antara atom non-logam, di mana pasangan elektron yang sama pergi ke atom dengan elektronegativitas yang lebih besar. Akibatnya, atom tertarik seperti benda bermuatan berlawanan.
Ikatan hidrogen - ikatan kimia antara atom elektronegatif dan atom hidrogen H, yang terikat secara kovalen dengan atom elektronegatif lain. N, O, atau F dapat bertindak sebagai atom elektronegatif.Ikatan hidrogen dapat bersifat antarmolekul atau intramolekul.
SELAMA KELAS

Ikatan kimia logam

Identifikasi item-item yang berada dalam “antrian” yang salah, Mengapa?
Ca Fe P K Al Mg Na
Elemen mana dari tabel? Mendeleev disebut logam?
Hari ini kita akan mengetahui sifat apa yang dimiliki logam, dan bagaimana sifat itu bergantung pada ikatan yang terbentuk antara ion logam.
Untuk mulai dengan, mari kita ingat lokasi logam dalam sistem periodik?
Logam, seperti yang kita semua tahu, biasanya tidak ada dalam bentuk atom yang terisolasi, tetapi dalam bentuk gumpalan, ingot, atau produk logam. Mari kita cari tahu apa yang mengumpulkan atom logam dalam volume integral.

Dalam contoh, kita melihat sepotong emas. Dan omong-omong, emas adalah logam yang unik. Dengan bantuan penempaan dari emas murni, Anda dapat membuat foil dengan ketebalan 0,002 mm! Lembaran kertas tipis seperti itu hampir transparan dan memiliki warna hijau di lumen. Alhasil, dari sebatang emas seukuran kotak korek api, Anda bisa mendapatkan foil tipis yang akan menutupi area lapangan tenis.
Secara kimia, semua logam dicirikan oleh kemudahan melepaskan elektron valensi, dan akibatnya, pembentukan ion bermuatan positif dan hanya menunjukkan oksidasi positif. Itulah sebabnya mengapa logam bebas adalah agen pereduksi. Ciri umum atom logam adalah ukurannya yang besar relatif terhadap non-logam. Elektron eksternal terletak pada jarak yang jauh dari nukleus dan oleh karena itu terikat lemah padanya, oleh karena itu mereka mudah robek.
Atom dari sejumlah besar logam di tingkat terluar memiliki sejumlah kecil elektron - 1,2,3. Elektron ini mudah robek dan atom logam menjadi ion.
е0 - n Pria +
atom logam - elektron eksternal mengorbit ion logam

Dengan demikian, elektron yang terlepas dapat berpindah dari satu ion ke ion lainnya, yaitu menjadi bebas, dan seolah-olah menghubungkannya menjadi satu kesatuan, oleh karena itu, ternyata semua elektron yang terlepas adalah umum, karena tidak mungkin. untuk memahami elektron mana yang termasuk dalam atom logam mana.
Elektron dapat bergabung dengan kation, kemudian atom terbentuk sementara, dari mana elektron kemudian terlepas dari terisak. Proses ini berlangsung terus menerus dan tidak terputus. Ternyata sebagian besar atom logam terus berubah menjadi ion dan sebaliknya. Dalam hal ini, sejumlah kecil elektron umum mengikat sejumlah besar atom dan ion logam. Tetapi penting bahwa jumlah elektron dalam suatu logam sama dengan muatan total ion positif, yaitu, ternyata logam secara keseluruhan tetap netral secara listrik.
Proses ini disajikan sebagai model - ion logam berada di awan elektron. Awan elektron semacam itu disebut "gas elektron".

Sebagai contoh, dalam gambar ini kita melihat bagaimana elektron bergerak di antara ion-ion stasioner di dalam kisi kristal logam.

Beras. 2. Gerakan elektronik

Untuk lebih memahami apa itu Gas Elektron dan bagaimana perilakunya dalam reaksi kimia berbagai logam, kita akan menonton video yang menarik. (emas dalam video ini secara eksklusif disebut sebagai warna!)

Sekarang kita dapat menuliskan definisinya: ikatan logam adalah ikatan dalam logam antara atom dan ion, yang dibentuk oleh sosialisasi elektron.

Mari kita bandingkan semua jenis koneksi yang kita ketahui Dan perbaiki untuk membedakannya dengan lebih baik, untuk ini kita akan menonton videonya.

Ikatan logam terjadi tidak hanya pada logam murni, tetapi juga karakteristik campuran logam yang berbeda, paduan dalam keadaan agregasi yang berbeda.
Ikatan logam penting dan menentukan sifat dasar logam
- konduktivitas listrik - pergerakan elektron yang tidak teratur dalam volume logam. Namun dengan beda potensial yang kecil, sehingga elektron-elektron tersebut bergerak secara teratur. Logam dengan konduktivitas terbaik adalah Ag, Cu, Au, Al.
- plastisitas
Ikatan antara lapisan logam tidak terlalu signifikan, ini memungkinkan Anda untuk memindahkan lapisan di bawah beban (merusak logam tanpa merusaknya). Logam deformable terbaik (lunak) Au, Ag, Cu.
- kilau logam
Gas elektron memantulkan hampir semua sinar cahaya. Inilah sebabnya mengapa logam murni bersinar sangat kuat dan paling sering berwarna abu-abu atau putih. Logam yang merupakan reflektor terbaik Ag, Cu, Al, Pd, Hg

Pekerjaan rumah

Latihan 1
Pilih rumus zat yang memiliki
a) ikatan kovalen polar: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
b) dengan ikatan ion: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
Latihan 2
Coret yang tidak perlu:
a) CuCl2, Al, MgS
b) N2, HCl, O2
c) Ca, CO2, Fe
d) MgCl2, NH3, H2

Natrium logam, litium logam, dan logam alkali lainnya mengubah warna nyala api. Logam litium dan garamnya memberi warna merah pada api, natrium logam dan garam natrium - kuning, kalium logam dan garamnya - ungu, dan rubidium dan cesium - juga ungu, tetapi lebih ringan.

Beras. 4. Sepotong lithium metalik

Beras. 5. Mewarnai api dengan logam

Litium (Li). Logam litium, seperti logam natrium, termasuk dalam logam alkali. Keduanya larut dalam air. Natrium larut dalam air dan membentuk soda kaustik, asam yang sangat kuat. Ketika logam alkali larut dalam air, banyak panas dan gas (hidrogen) dilepaskan. Dianjurkan untuk tidak menyentuh logam seperti itu dengan tangan Anda, karena Anda bisa terbakar.

Bibliografi

1. Pelajaran tentang topik "Ikatan kimia logam", guru kimia Tukhta Valentina Anatolyevna MOU "Sekolah menengah Esenovichskaya"
2. F. A. Derkach "Kimia" - manual ilmiah dan metodologis. -Kiev, 2008.
3. LB Tsvetkova "Kimia Anorganik" - edisi ke-2, direvisi dan diperbesar. - Lviv, 2006.
4. V. V. Malinovsky, P. G. Nagorny "Kimia anorganik" - Kiev, 2009.
5. Glinka N.L. kimia umum. - Edisi ke-27. / Di bawah. ed. V.A. Rabinovich. - L.: Kimia, 2008. - 704 hlm.

Diedit dan dikirim oleh A.V. Lisnyak

Bekerja pada pelajaran:

Tukhta V.A.

Lisnyak A.V.

Anda dapat mengajukan pertanyaan tentang pendidikan modern, mengungkapkan ide, atau memecahkan masalah mendesak di Forum Pendidikan di mana dewan pendidikan pemikiran dan tindakan segar bertemu secara internasional. Dengan menciptakan blog, kimia kelas 8

Sangat jarang bahwa bahan kimia terdiri dari atom unsur kimia yang terpisah dan tidak terkait. Hanya sejumlah kecil gas yang disebut gas mulia yang memiliki struktur seperti itu dalam kondisi normal: helium, neon, argon, kripton, xenon, dan radon. Lebih sering daripada tidak, zat kimia tidak terdiri dari atom yang tersebar, tetapi dari asosiasi mereka dalam berbagai kelompok. Asosiasi atom semacam itu dapat berjumlah beberapa unit, ratusan, ribuan, atau bahkan lebih banyak atom. Gaya yang menjaga atom-atom ini dalam komposisi pengelompokan seperti itu disebut ikatan kimia.

Dengan kata lain, kita dapat mengatakan bahwa ikatan kimia adalah interaksi yang memberikan ikatan antara atom individu ke dalam struktur yang lebih kompleks (molekul, ion, radikal, kristal, dll.).

Alasan pembentukan ikatan kimia adalah karena energi struktur yang lebih kompleks lebih kecil daripada energi total atom individu yang membentuknya.

Jadi, khususnya, jika molekul XY terbentuk selama interaksi atom X dan Y, ini berarti bahwa energi internal molekul zat ini lebih rendah daripada energi internal atom individu dari mana ia terbentuk:

E (XY)< E(X) + E(Y)

Untuk alasan ini, ketika ikatan kimia terbentuk antara atom individu, energi dilepaskan.

Pembentukan ikatan kimia dihadiri oleh elektron dari lapisan elektron terluar dengan energi ikat terendah dengan inti, yang disebut valensi... Misalnya, dalam boron, ini adalah elektron dari 2 tingkat energi - 2 elektron untuk 2 S- orbital dan 1 oleh 2 P-orbital:

Ketika ikatan kimia terbentuk, setiap atom berusaha untuk mendapatkan konfigurasi elektron dari atom-atom gas mulia, mis. sehingga terdapat 8 elektron pada lapisan elektron terluarnya (2 untuk unsur periode pertama). Fenomena ini disebut aturan oktet.

Pencapaian konfigurasi elektron gas mulia oleh atom dimungkinkan jika pada awalnya atom tunggal membuat bagian dari elektron valensinya sama dengan atom lain. Dalam hal ini, pasangan elektron umum terbentuk.

Tergantung pada tingkat sosialisasi elektron, ikatan kovalen, ionik dan logam dapat dibedakan.

Ikatan kovalen

Ikatan kovalen paling sering terjadi antara atom-atom unsur bukan logam. Jika atom-atom nonlogam yang membentuk ikatan kovalen berasal dari unsur-unsur kimia yang berbeda, ikatan semacam itu disebut kovalen polar. Alasan untuk nama ini terletak pada kenyataan bahwa atom dari unsur yang berbeda juga memiliki kemampuan yang berbeda untuk menarik pasangan elektron yang sama. Jelas, ini mengarah pada perpindahan pasangan elektron yang sama ke salah satu atom, akibatnya muatan negatif parsial terbentuk di atasnya. Pada gilirannya, muatan positif parsial terbentuk pada atom lain. Misalnya, dalam molekul hidrogen klorida, pasangan elektron dipindahkan dari atom hidrogen ke atom klor:

Contoh zat dengan ikatan kovalen polar:

Cl 4, H 2 S, CO 2, NH 3, SiO 2, dll.

Ikatan kovalen non-polar terbentuk antara atom-atom non-logam dari unsur kimia yang sama. Karena atom identik, kemampuan mereka untuk menarik elektron bersama adalah sama. Dalam hal ini, perpindahan pasangan elektron tidak diamati:

Mekanisme pembentukan ikatan kovalen di atas, ketika kedua atom menyediakan elektron untuk pembentukan pasangan elektron umum, disebut pertukaran.

Ada juga mekanisme donor-akseptor.

Ketika ikatan kovalen dibentuk oleh mekanisme donor-akseptor, pasangan elektron yang sama terbentuk karena orbital terisi dari satu atom (dengan dua elektron) dan orbital kosong dari atom lain. Atom yang menyediakan pasangan elektron bebas disebut donor, dan atom dengan orbital bebas disebut akseptor. Atom dengan pasangan elektron bertindak sebagai donor pasangan elektron, misalnya N, O, P, S.

Misalnya, menurut mekanisme donor-akseptor, ikatan N-H kovalen keempat terbentuk dalam kation amonium NH 4 +:

Selain polaritas, ikatan kovalen juga ditandai oleh energi. Energi ikatan adalah energi minimum yang diperlukan untuk memutuskan ikatan antar atom.

Energi ikat berkurang dengan bertambahnya jari-jari atom yang terikat. Karena, seperti yang kita ketahui, jari-jari atom meningkat ke bawah di sepanjang subkelompok, orang dapat, misalnya, menyimpulkan bahwa kekuatan ikatan halogen-hidrogen meningkat dalam seri:

HAI< HBr < HCl < HF

Juga, energi ikatan tergantung pada multiplisitasnya - semakin besar multiplisitas ikatan, semakin banyak energinya. Multiplisitas ikatan mengacu pada jumlah pasangan elektron umum antara dua atom.

Ikatan ionik

Ikatan ionik dapat dianggap sebagai kasus pembatas dari ikatan kovalen polar. Jika dalam ikatan kovalen-polar pasangan elektron total sebagian dipindahkan ke salah satu pasangan atom, maka dalam ion hampir sepenuhnya "diberikan" ke salah satu atom. Atom yang menyumbangkan elektron (s) memperoleh muatan positif dan menjadi kation, dan atom, yang mengambil elektron darinya, memperoleh muatan negatif dan menjadi anion.

Jadi, ikatan ionik adalah ikatan yang terbentuk karena gaya tarik elektrostatik kation ke anion.

Pembentukan jenis ikatan ini merupakan karakteristik interaksi atom-atom logam khas dan non-logam khas.

Misalnya, kalium fluorida. Kation kalium diperoleh sebagai hasil abstraksi satu elektron dari atom netral, dan ion fluor terbentuk ketika satu elektron melekat pada atom fluor:

Gaya tarik elektrostatik muncul di antara ion yang dihasilkan, sebagai akibatnya senyawa ionik terbentuk.

Selama pembentukan ikatan kimia, elektron dari atom natrium diteruskan ke atom klor dan ion bermuatan berlawanan terbentuk, yang memiliki tingkat energi eksternal yang lengkap.

Ditemukan bahwa elektron tidak sepenuhnya terlepas dari atom logam, tetapi hanya berpindah ke arah atom klorin, seperti pada ikatan kovalen.

Sebagian besar senyawa biner yang mengandung atom logam bersifat ionik. Misalnya, oksida, halida, sulfida, nitrida.

Ikatan ion juga terjadi antara kation sederhana dan anion sederhana (F -, Cl -, S 2-), serta antara kation sederhana dan anion kompleks (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Oleh karena itu, garam dan basa (Na 2 SO 4, Cu (NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca (OH) 2, NaOH) disebut senyawa ionik.

Ikatan logam

Jenis ikatan ini terbentuk dalam logam.

Atom-atom dari semua logam memiliki elektron pada lapisan elektron terluar, yang memiliki energi ikat rendah dengan inti atom. Untuk sebagian besar logam, proses kehilangan elektron eksternal sangat menguntungkan.

Karena interaksi yang lemah dengan nukleus, elektron dalam logam ini sangat mobile dan proses berikut terus terjadi di setiap kristal logam:

M 0 - ne - = M n +, di mana M 0 adalah atom logam netral, dan M n + adalah kation dari logam yang sama. Gambar di bawah ini memberikan ilustrasi proses yang sedang berlangsung.

Artinya, elektron "membawa" di sepanjang kristal logam, terlepas dari satu atom logam, membentuk kation darinya, bergabung dengan kation lain, membentuk atom netral. Fenomena ini disebut "angin elektronik", dan himpunan elektron bebas dalam kristal atom non-logam disebut "gas elektron". Jenis interaksi antara atom logam ini disebut ikatan logam.

Ikatan hidrogen

Jika atom hidrogen dalam zat apa pun dikaitkan dengan unsur dengan elektronegativitas tinggi (nitrogen, oksigen, atau fluor), zat tersebut ditandai oleh fenomena seperti ikatan hidrogen.

Karena atom hidrogen terikat pada atom elektronegatif, muatan positif parsial terbentuk pada atom hidrogen, dan muatan negatif parsial pada elemen elektronegatif. Dalam hal ini, tarik-menarik elektrostatik menjadi mungkin antara atom hidrogen bermuatan positif sebagian dari satu molekul dan atom elektronegatif lainnya. Misalnya, ikatan hidrogen diamati untuk molekul air:

Ini adalah ikatan hidrogen yang menjelaskan titik leleh air yang sangat tinggi. Selain air, ikatan hidrogen yang kuat juga terbentuk dalam zat seperti hidrogen fluorida, amonia, asam yang mengandung oksigen, fenol, alkohol, dan amina.

Ikatan logam adalah ikatan kimia yang disebabkan oleh adanya elektron yang relatif bebas. Ini khas untuk logam murni dan paduannya serta senyawa intermetalik.

Mekanisme tautan logam

Ion logam positif terletak di semua simpul kisi kristal. Di antara mereka, elektron valensi, terlepas dari atom selama pembentukan ion, bergerak secara acak, seperti molekul gas. Elektron ini bertindak sebagai semen, menahan ion positif bersama-sama; jika tidak, kisi akan hancur di bawah aksi gaya tolak-menolak antara ion. Pada saat yang sama, elektron ditahan oleh ion di dalam kisi kristal dan tidak dapat meninggalkannya. Kekuatan komunikasi tidak terlokalisasi dan terarah.

Oleh karena itu, dalam banyak kasus, bilangan koordinasi tinggi muncul (misalnya, 12 atau 8). Ketika dua atom logam bersatu, orbital kulit terluarnya tumpang tindih untuk membentuk orbital molekul. Jika atom ketiga muncul, orbitalnya tumpang tindih dengan orbital dua atom pertama, yang memberikan orbital molekul lain. Ketika ada banyak atom, sejumlah besar orbital molekul tiga dimensi muncul, membentang ke segala arah. Karena banyaknya tumpang tindih orbital, elektron valensi setiap atom dipengaruhi oleh banyak atom.

Kisi kristal karakteristik

Sebagian besar logam membentuk salah satu dari kisi-kisi rapat yang sangat simetris berikut ini: kubus berpusat badan, kubus berpusat muka, dan heksagonal.

Dalam kisi pusat tubuh kubik (BCC), atom terletak di simpul kubus dan satu atom di pusat volume kubus. Logam memiliki kisi pusat tubuh kubik: Pb, K, Na, Li, -Ti, -Zr, Ta, W, V, -Fe, Cr, Nb, Ba, dll.

Dalam kisi kubik berpusat muka (FCC), atom terletak di simpul kubus dan di tengah setiap wajah. Logam jenis ini memiliki kisi: -Ca, Ce, -Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, -Fe, Cu, -Co, dll.

Dalam kisi heksagonal, atom terletak di simpul dan pusat alas heksagonal prisma, dan tiga atom terletak di bidang tengah prisma. Logam memiliki susunan atom seperti: Mg, -Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, -Co, Be, -Ca, dll.

Properti lainnya

Elektron yang bergerak bebas memberikan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Zat dengan ikatan logam sering menggabungkan kekuatan dengan keuletan, karena ketika atom dipindahkan relatif satu sama lain, ikatan tidak putus. Aroma logam juga merupakan properti penting.

Logam menghantarkan panas dan listrik dengan baik, mereka cukup kuat, mereka dapat berubah bentuk tanpa kehancuran. Beberapa logam dapat ditempa (dapat ditempa), beberapa bersifat ulet (dapat ditarik dari kawat). Sifat unik ini dijelaskan oleh jenis ikatan kimia khusus yang menghubungkan atom logam satu sama lain - ikatan logam.

Logam dalam keadaan padat ada dalam bentuk kristal ion positif, seolah-olah "mengambang" di lautan elektron yang bergerak bebas di antara mereka.

Ikatan logam menjelaskan sifat-sifat logam, khususnya kekuatannya. Di bawah aksi gaya deformasi, kisi logam dapat mengubah bentuknya tanpa retak, berbeda dengan kristal ionik.

Konduktivitas termal yang tinggi dari logam dijelaskan oleh fakta bahwa jika sepotong logam dipanaskan di satu sisi, energi kinetik elektron akan meningkat. Peningkatan energi ini akan menyebar di "laut elektron" ke seluruh sampel dengan kecepatan tinggi.

Konduktivitas listrik logam juga menjadi jelas. Jika perbedaan potensial diterapkan pada ujung sampel logam, maka awan elektron yang terdelokalisasi akan bergeser ke arah potensial positif: aliran elektron yang bergerak dalam satu arah ini adalah arus listrik yang sudah dikenal.

Hanya gas mulia yang ditemukan dalam keadaan monoatomik dalam kondisi normal. Unsur-unsur lainnya tidak ada sebagai individu, karena mereka memiliki kemampuan untuk berinteraksi satu sama lain atau dengan atom lain. Ini menghasilkan partikel yang lebih kompleks.

Dalam kontak dengan

Sekumpulan atom dapat membentuk partikel berikut:

molekul;
ion molekuler;
Radikal bebas.

Jenis interaksi kimia

Interaksi antar atom disebut ikatan kimia. Dasarnya adalah gaya elektrostatik (gaya interaksi muatan listrik) yang bekerja antar atom, pembawa gaya tersebut adalah inti atom dan elektron.

Elektron yang terletak pada tingkat energi eksternal diberi peran utama dalam pembentukan ikatan kimia antar atom. Mereka adalah yang terjauh dari nukleus, dan, oleh karena itu, paling tidak terhubung dengannya. Mereka disebut elektron valensi.

Partikel berinteraksi satu sama lain dalam berbagai cara, yang mengarah pada pembentukan molekul (dan zat) dari struktur yang berbeda. Jenis ikatan kimia berikut dibedakan:

ionik;
kovalen;
van der Waals;
logam.

Ketika berbicara tentang berbagai jenis interaksi kimia antara atom, perlu diingat bahwa semua jenis sama-sama didasarkan pada interaksi elektrostatik partikel.

Ikatan kimia logam

Seperti yang dapat dilihat dari posisi logam dalam tabel unsur kimia, mereka sebagian besar memiliki sejumlah kecil elektron valensi. Elektron terikat pada intinya dengan agak lemah dan mudah terlepas darinya. Akibatnya, ion logam bermuatan positif dan elektron bebas terbentuk.

Elektron-elektron ini, yang bergerak bebas dalam kisi kristal, disebut "gas elektron".

Gambar secara skematis menunjukkan struktur zat logam.

Artinya, dalam sebagian besar logam, atom terus-menerus berubah menjadi ion (mereka disebut atom-ion) dan sebaliknya, ion terus-menerus menerima elektron dari "gas elektron".

Mekanisme pembentukan ikatan logam dapat ditulis dalam bentuk rumus:

atom M 0 - ne ion M n +

Dengan demikian, logam adalah ion positif, yang terletak di kisi kristal pada posisi tertentu, dan elektron, yang dapat bergerak cukup bebas di antara ion atom.

Grid kristal mewakili "kerangka", kerangka materi, dan elektron bergerak di antara simpul-simpulnya. Bentuk kisi kristal logam dapat berbeda, misalnya:

kisi kubik volume-sentris khas untuk logam alkali;
kisi kubik berpusat muka memiliki, misalnya, seng, aluminium, tembaga, elemen transisi lainnya;
bentuk heksagonal khas untuk unsur-unsur alkali tanah (barium adalah pengecualian);
struktur tetragonal - dalam indium;
rombohedral - untuk merkuri.

Contoh kisi kristal dari logam ditunjukkan pada gambar di bawah ini..

Perbedaan dari spesies lain

Ikatan logam berbeda dari ikatan kovalen dalam kekuatan. Energi ikatan logam lebih kecil dari kovalen dengan 3-4 kali dan lebih sedikit energi ikatan ionik.

Dalam kasus ikatan logam, seseorang tidak dapat berbicara tentang arah, ikatan kovalen diarahkan secara ketat dalam ruang.

Karakteristik seperti saturasi juga tidak khas untuk interaksi antara atom logam. Sementara ikatan kovalen adalah saturable, yaitu jumlah atom yang dapat berinteraksi secara ketat dibatasi oleh jumlah elektron valensi.

Diagram komunikasi dan contohnya

Proses yang terjadi pada logam dapat ditulis dengan rumus :

K - e<->K +

Al - 3e<->Al 3+

Na - e<->Na +

Zn - 2e<->Zn2+

Fe - 3e<->Fe 3+

Jika kita menjelaskan secara lebih rinci, ikatan logam, bagaimana jenis ikatan ini terbentuk, perlu untuk mempertimbangkan struktur tingkat energi eksternal elemen.

Pertimbangkan natrium sebagai contoh. Satu-satunya elektron valensi 3s yang tersedia pada tingkat luar dapat dengan bebas bergerak sepanjang orbital bebas tingkat energi ketiga. Saat atom natrium saling mendekat, orbital tumpang tindih. Sekarang semua elektron dapat bergerak di antara ion-atom dalam batas-batas semua orbital yang terputus.

Untuk seng, untuk 2 elektron valensi, terdapat sebanyak 15 orbital bebas pada tingkat energi keempat. Ketika atom berinteraksi, orbital bebas ini akan tumpang tindih, seolah-olah mensosialisasikan elektron yang bergerak di sepanjang mereka.

Atom kromium memiliki 6 elektron valensi, dan semuanya akan berpartisipasi dalam pembentukan gas elektron dan mengikat atom-ion.

Jenis interaksi khusus, yang merupakan karakteristik atom logam, menentukan sejumlah sifat yang menyatukannya dan membedakan logam dari zat lain. Contoh sifat tersebut adalah titik leleh tinggi, titik didih tinggi, kelenturan, kemampuan memantulkan cahaya, konduktivitas listrik tinggi, dan konduktivitas termal.

Titik leleh dan titik didih yang tinggi dijelaskan oleh fakta bahwa kation logam terikat erat oleh gas elektron. Pada saat yang sama, ada pola bahwa kekuatan ikatan meningkat dengan peningkatan jumlah elektron valensi. Misalnya, rubidium dan kalium adalah zat yang dapat melebur (masing-masing titik leleh 39 dan 63 derajat Celcius), dibandingkan dengan, misalnya, kromium (1615 derajat Celcius).

Keseragaman distribusi elektron valensi di atas kristal menjelaskan, misalnya, sifat logam seperti plastisitas - perpindahan ion dan atom ke segala arah tanpa merusak interaksi di antara mereka.

Pergerakan bebas elektron dalam orbital atom juga menjelaskan konduktivitas listrik logam. Gas elektron dengan perbedaan tumpang tindih potensial berpindah dari gerak kacau ke gerak terarah.

Dalam industri, bukan logam murni yang sering digunakan, tetapi campurannya, yang disebut paduan. Dalam paduan, sifat dari satu komponen biasanya melengkapi sifat yang lain.

Jenis interaksi logam adalah karakteristik baik untuk logam murni maupun untuk campurannya - paduan dalam keadaan padat dan cair. Namun, jika logam dipindahkan ke keadaan gas, maka ikatan antara atom-atomnya akan menjadi kovalen. Logam dalam bentuk uap juga terdiri dari molekul individu (mono- atau diatomik).