Splošna shema za tvorbo kovinske vezi. kovinska povezava

Med kovinskimi atomi nastane kovinska vez. Značilnost kovinskih atomov je majhno število elektronov na zunanjem energijskem nivoju, ki jih jedro slabo zadrži, in veliko število prostih atomskih orbital s podobnimi energijami, zato je kovinska vez nenasičena.

Valenčni elektroni sodelujejo pri tvorbi vezi z 8 ali 12 atomi hkrati (glede na koordinacijsko število kovinskih atomov). Pod temi pogoji se valenčni elektroni z nizko ionizacijsko energijo gibljejo vzdolž razpoložljivih orbital vseh sosednjih atomov in zagotavljajo povezavo med njimi.

kovinska povezava značilna šibka interakcija skupnih elektronov z jedri povezanih atomov in popolna delokalizacija teh elektronov med vsemi atomi v kristalu, kar zagotavlja stabilnost te vezi.

Shema tvorbe kovinske vezi (M - kovina):

M 0 - ne M n +

Kovine imajo posebno kristalno mrežo, v vozliščih katere so nevtralni in pozitivno nabiti kovinski atomi, med katerimi se prosto (znotraj kristala) gibljejo socializirani elektroni (»elektronski plin«). Gibanje skupnih elektronov v kovinah poteka vzdolž niza molekularnih orbital, ki so nastale zaradi združitve velikega števila prostih orbital povezanih atomov in pokrivajo številna atomska jedra. V primeru kovinske vezi je nemogoče govoriti o njeni usmerjenosti, saj so skupni elektroni enakomerno delokalizirani po kristalu.

Strukturne značilnosti kovin določajo njihove značilne fizikalne lastnosti: trdoto, duktilnost, visoko električno in toplotno prevodnost, pa tudi poseben kovinski sijaj.

Kovinska vez je značilna za kovine ne le v trdnem, ampak tudi v tekočem stanju, to je lastnost agregatov atomov, ki se nahajajo v neposredni bližini drug drugega. V plinastem stanju so kovinski atomi med seboj povezani z eno ali več kovalentnimi vezmi v molekule, na primer Li 2 (Li–Li), Be 2 (Be = Be), Al 4 - vsak atom aluminija je povezan s tremi drugimi, da tvorijo tetraedrična struktura:

4. Vodikova vez

Vodikova vez je posebna vrsta vezi, ki je značilna samo za vodikove atome. Nastane, ko je atom vodika vezan na atom najbolj elektronegativnih elementov, predvsem fluora, kisika in dušika. Razmislite o nastanku vodikove vezi na primeru vodikovega fluorida. Elektronegativni atom vodika ima samo en elektron, zaradi česar lahko tvori kovalentno vez z atomom fluora. V tem primeru nastane molekula vodikovega fluorida H-F, v kateri se skupni elektronski par premakne na atom fluora.

Zaradi te porazdelitve elektronske gostote je molekula vodikovega fluorida dipol, katerega pozitivni pol je vodikov atom. Zaradi dejstva, da je vezni elektronski par premaknjen na atom fluora, se delno sprosti 1 s-orbitala vodikovega atoma in njegovega jedra je delno izpostavljena. V katerem koli drugem atomu je pozitivni naboj jedra po odstranitvi valenčnih elektronov zaščiten z notranjimi elektronskimi lupinami, ki zagotavljajo odboj elektronskih lupin drugih atomov. Atom vodika nima takšnih lupin, njegovo jedro je zelo majhen (subatomski) pozitivno nabit delec - proton (premer protona je približno 10 5-krat manjši od premerov atomov in zaradi odsotnosti elektronov v njem ga privlači elektronska ovojnica drugih električno nevtralnih ali negativno nabitih atomov).

Moč električnega polja v bližini delno "golega" vodikovega atoma je tako velika, da lahko aktivno privlači negativni pol sosednje molekule. Ker je ta pol atom fluora, ki ima tri nevezujoče elektronske pare, in s- je orbitala vodikovega atoma delno prazna, potem pride do donorske akceptorske interakcije med pozitivno polariziranim atomom vodika ene molekule in negativno polariziranim atomom fluora sosednje molekule.

Tako se zaradi skupne elektrostatične in donorsko-akceptorske interakcije pojavi dodatna druga vez s sodelovanjem atoma vodika. Tako je vodikova vez, …H–F H–F…

Od kovalentnega se razlikuje po energiji in dolžini. Vodikove vezi so daljše in manj močne od kovalentnih vezi. Energija vodikove vezi je 8–40 kJ/mol, kovalentne vezi pa 80–400 kJ/mol. V trdnem vodikovem fluoridu je dolžina kovalentne vezi H–F 95 pm, dolžina vodikove vezi FH pa 156 pm. Zaradi vodikove vezi med molekulami HF so trdni kristali vodikovega fluorida sestavljeni iz neskončnih ravnih cikcakastih verig, saj je sistem treh atomov, ki nastane z vodikovo vezjo, običajno linearen.

Vodikove vezi med molekulami HF so delno ohranjene v tekočem in celo v plinastem vodikovem fluoridu.

Vodikova vez je pogojno zapisana kot tri točke in je prikazana na naslednji način:

kjer so X, Y atomi F, O, N, Cl, S.

Energijo in dolžino vodikove vezi določata dipolni moment vezi H–X in velikost atoma Y. Dolžina vodikove vezi se zmanjšuje, njena energija pa narašča s povečevanjem razlike med elektronegativnostmi atomov X in Y (in s tem dipolni moment vezi H–X) in z zmanjšanjem velikosti atoma Y.

Vodikove vezi nastajajo tudi med molekulami, v katerih so vezi O–H (na primer voda H 2 O, perklorova kislina HClO 4, dušikova kislina HNO 3, karboksilne kisline RCOOH, fenol C 6 H 5 OH, ROH alkoholi) in N –H (npr. amoniak NH 3, tiocianova kislina HNCS, organski amidi RCONH 2 in amini RNH 2 in R 2 NH).

Snovi, katerih molekule so povezane z vodikovimi vezmi, se po svojih lastnostih razlikujejo od snovi, ki so jim podobne po strukturi molekul, vendar ne tvorijo vodikovih vezi. Tališča in vrelišča hidridov elementov skupine IVA, v katerih ni vodikovih vezi, se postopoma zmanjšujejo z zmanjšanjem števila period (slika 15).Hidridi elementov skupin VA-VIIA kažejo kršitev te odvisnosti. Tri snovi, katerih molekule so povezane z vodikovimi vezmi (amoniak NH 3 , voda H 2 O in vodikov fluorid HF), imajo veliko višja tališča in vrelišča kot njihove dvojnice (slika 15). Poleg tega imajo te snovi širši temperaturni razpon obstoja v tekočem stanju, višje talilne in izhlapevalne toplote.

Vodikova vez ima pomembno vlogo v procesih raztapljanja in kristalizacije snovi ter pri nastajanju kristalnih hidratov.

Vodikove vezi se lahko tvorijo ne samo med molekulami (medmolekulska vodikova vez, MVS) , kot je v primeru zgoraj obravnavanih primerov, ampak tudi med atomi iste molekule (intramolekularna vodikova vez, VVS) . Na primer, zaradi intramolekularnih vodikovih vezi med vodikovimi atomi amino skupin in kisikovimi atomi karbonilnih skupin imajo polipeptidne verige, ki tvorijo proteinske molekule, spiralno obliko.

slika??????????????

Vodikove vezi igrajo veliko vlogo v procesih reduplikacije in biosinteze beljakovin. Dve verigi dvojne vijačnice DNA (deoksiribonukleinske kisline) držita skupaj vodikove vezi. V procesu reduplikacije se te vezi prekinejo. Med transkripcijo pride tudi do sinteze RNA (ribonukleinske kisline) z uporabo DNA kot matrice zaradi pojava vodikovih vezi. Oba procesa sta možna, ker se vodikove vezi zlahka tvorijo in zlahka zlomijo.

riž. 15. Tališča ( a) in vrenje ( b) hidridi elementov skupin IVА-VIIA.

Namen lekcije

Opišite kovinsko kemično vez.

Naučite se zapisati nastanek kovinske vezi.

Seznanite se s fizikalnimi lastnostmi kovin.

Naučite se jasno razlikovati med vrstami kemične vezi .

Cilji lekcije

Ugotovite, kako medsebojno delujejo kovinski atomi

Ugotovite, kako kovinska vez vpliva na lastnosti snovi, ki jih tvori

Osnovni pojmi:

Elektronegativnost - kemijska lastnost atoma, ki je kvantitativna značilnost sposobnosti atoma v molekuli, da k sebi pritegne skupne elektronske pare.
kemična vez - pojav interakcije atomov zaradi prekrivanja elektronskih oblakov medsebojno delujočih atomov.
kovinska povezava - to je vez v kovinah med atomi in ioni, ki nastane zaradi socializacije elektronov.
kovalentna vez - kemična vez, ki nastane s prekrivanjem para valenčnih elektronov. Elektroni, ki zagotavljajo vez, se imenujejo skupni elektronski par. Obstajata 2 vrsti: polarni in nepolarni.
Ionska vez - kemična vez, ki nastane med atomi nekovin, pri kateri skupni elektronski par preide na atom z večjo elektronegativnostjo. Zaradi tega se atomi privlačijo kot nasprotno nabita telesa.
vodikova vez - kemična vez med elektronegativnim atomom in vodikovim atomom H, ki je kovalentno vezan na drug elektronegativni atom. Kot elektronegativni atomi lahko delujejo N, O ali F. Vodikove vezi so lahko medmolekularne ali intramolekulske.
MED POUKOM

kovinska kemična vez

Identificirajte elemente, ki so v napačni "čakalni vrsti". Zakaj?
Ca Fe P K Al Mg Na
Kateri elementi iz tabele Mendelejev imenovane kovine?
Danes bomo izvedeli, kakšne lastnosti imajo kovine in kako so odvisne od vezi, ki se tvori med kovinskimi ioni.
Najprej se spomnimo lokacij kovin v periodnem sistemu?
Kovine, kot vsi vemo, običajno ne obstajajo v obliki izoliranih atomov, temveč v obliki kosa, ingota ali kovinskega izdelka. Ugotovimo, kaj zbira kovinske atome v integralnem volumnu.

V primeru vidimo kos zlata. In mimogrede, zlato je edinstvena kovina. S kovanjem čistega zlata lahko izdelate folijo debeline 0,002 mm! tako najmanjši list folije je skoraj prozoren in ima zelen odtenek lumena. Kot rezultat, iz zlatega ingota velikosti škatlice za vžigalice lahko dobite tanko folijo, ki bo pokrivala območje teniškega igrišča.
V kemijskem smislu je za vse kovine značilna enostavnost oddajanja valenčnih elektronov in posledično tvorba pozitivno nabitih ionov in kažejo samo pozitivno oksidacijo. Zato so kovine v prostem stanju reducenti. Skupna značilnost kovinskih atomov je njihova velika velikost glede na nekovine. Zunanji elektroni se nahajajo na velikih razdaljah od jedra in so zato nanj šibko vezani, zato se zlahka ločijo.
Atomi večjega števila kovin na zunanji ravni imajo majhno število elektronov - 1,2,3. Ti elektroni se zlahka ločijo in kovinski atomi postanejo ioni.
Me0 – n ē ⇆ Moški+
kovinski atomi – elektroni zunanji. orbite ⇆ kovinski ioni

Tako se lahko ločeni elektroni premikajo iz enega iona v drugega, to pomeni, da se sprostijo in jih tako rekoč povežejo v eno celoto.Zato se izkaže, da so vsi ločeni elektroni skupni, saj je nemogoče razumeti, kateri elektron pripada kateremu od kovinskih atomov.
Elektroni se lahko združijo s kationi, takrat se začasno oblikujejo atomi, iz katerih se nato odtrgajo elektroni. Ta proces je v teku in neprekinjen. Izkazalo se je, da se v večini kovinskih atomov nenehno pretvarjajo v ione in obratno. V tem primeru majhno število skupnih elektronov veže veliko število kovinskih atomov in ionov. Vendar je pomembno, da je število elektronov v kovini enako skupnemu naboju pozitivnih ionov, to pomeni, da se izkaže, da na splošno kovina ostane električno nevtralna.
Tak proces je predstavljen kot model - kovinski ioni so v oblaku elektronov. Takšen elektronski oblak se imenuje "elektronski plin".

Tukaj, na primer, na tej sliki vidimo, kako se elektroni premikajo med negibnimi ioni znotraj kristalne mreže kovine.

riž. 2. Gibanje elektronov

Da bi bolje razumeli, kaj je plin elektron in kako se obnaša pri kemijskih reakcijah različnih kovin, si oglejmo zanimiv video. (zlata je v tem videoposnetku navedena samo kot barva!)

Zdaj lahko zapišemo definicijo: kovinska vez je vez v kovinah med atomi in ioni, ki nastane zaradi socializacije elektronov.

Primerjajmo vse vrste povezav, ki jih poznamo, in jih popravimo, da jih bomo bolje razlikovali, za to si bomo ogledali video.

Kovinska vez se ne pojavlja samo v čistih kovinah, ampak je značilna tudi za mešanice različnih kovin, zlitin v različnih agregatnih stanjih.
Kovinska vez je pomembna in določa osnovne lastnosti kovin
- električna prevodnost - naključno gibanje elektronov v volumnu kovine. Vendar z majhno potencialno razliko, tako da se elektroni premikajo urejeno. Kovine z najboljšo prevodnostjo so Ag, Cu, Au, Al.
- plastičnost
Vezi med kovinskimi plastmi niso zelo pomembne, to vam omogoča premikanje plasti pod obremenitvijo (deformirajte kovino, ne da bi jo zlomili). Najbolje deformabilne kovine (mehke) Au, Ag, Cu.
- kovinski sijaj
Elektronski plin odbija skoraj vse svetlobne žarke. Zato imajo čiste kovine tako močan lesk in so največkrat sive ali bele. Kovine, ki so najboljši odbojniki Ag, Cu, Al, Pd, Hg

Domača naloga

1. vaja
Izberite formule snovi, ki imajo
a) kovalentna polarna vez: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
b) z ionsko vezjo: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
vaja 2
Zbrišite presežek:
a) CuCl2, Al, MgS
b) N2, HCl, O2
c) Ca, CO2, Fe
d) MgCl2, NH3, H2

Kovinski natrij, kovinski litij in druge alkalijske kovine spremenijo barvo plamena. Kovinski litij in njegove soli dajejo ognju rdečo barvo, kovinski natrij in natrijeve soli rumeno, kovinski kalij in njegove soli vijolično, rubidij in cezij pa prav tako vijolično, vendar svetlejšo.

riž. 4. Kos kovinskega litija

riž. 5. Barvanje plamena s kovinami

Litij (Li). Kovinski litij je tako kot kovinski natrij alkalijska kovina. Oboje se raztopi v vodi. Natrij se raztopi v vodi in tvori natrijev hidroksid, zelo močno kislino. Ko se alkalijske kovine raztopijo v vodi, se sprosti veliko toplote in plina (vodika). Priporočljivo je, da se takšnih kovin ne dotikate z rokami, saj se lahko opečete.

Bibliografija

1. Lekcija na temo "Kovinska kemijska vez", učiteljica kemije Tukhta Valentina Anatolyevna MOU "Srednja šola Esenovichskaya"
2. F. A. Derkach "Kemija", - znanstveni in metodološki priročnik. - Kijev, 2008.
3. L. B. Tsvetkova "Anorganska kemija" - 2. izdaja, popravljena in dopolnjena. – Lvov, 2006.
4. V. V. Malinovsky, P. G. Nagorny "Anorganska kemija" - Kijev, 2009.
5. Glinka N.L. Splošna kemija. - 27 izd. / Pod. izd. V.A. Rabinovič. - L .: Kemija, 2008. - 704 strani.

Uredil in poslal Lisnyak A.V.

Delali so na lekciji:

Tukhta V.A.

Lisnyak A.V.

Lahko postavite vprašanje o sodobnem izobraževanju, izrazite idejo ali rešite pereč problem na Izobraževalni forum kjer se mednarodno srečuje izobraževalni svet svežih misli in dejanj. Ob ustvarjanju blog, kemija 8. razred

Zelo redko je, da so kemične snovi sestavljene iz posameznih, nepovezanih atomov kemičnih elementov. V normalnih pogojih ima tako strukturo le malo plinov, imenovanih žlahtni plini: helij, neon, argon, kripton, ksenon in radon. Najpogosteje kemične snovi niso sestavljene iz različnih atomov, temveč iz njihovih kombinacij v različne skupine. Takšne kombinacije atomov lahko vključujejo več enot, stotine, tisoče ali celo več atomov. Sila, ki drži te atome v takih skupinah, se imenuje kemična vez.

Z drugimi besedami lahko rečemo, da je kemična vez interakcija, ki zagotavlja vezavo posameznih atomov v kompleksnejše strukture (molekule, ione, radikale, kristale itd.).

Razlog za nastanek kemične vezi je v tem, da je energija kompleksnejših struktur manjša od skupne energije posameznih atomov, ki jo tvorijo.

Torej, zlasti če se med interakcijo atomov X in Y tvori molekula XY, to pomeni, da je notranja energija molekul te snovi nižja od notranje energije posameznih atomov, iz katerih je nastala:

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

Zaradi tega se pri tvorbi kemičnih vezi med posameznimi atomi sprosti energija.

Pri nastajanju kemijskih vezi sodelujejo elektroni zunanje elektronske plasti z najmanjšo vezno energijo z jedrom, t.i. valenca. Na primer, v boru so to elektroni 2. energetske ravni - 2 elektrona na 2 s- orbitale in 1 krat 2 str-orbitale:

Ko nastane kemična vez, si vsak atom prizadeva pridobiti elektronsko konfiguracijo atomov žlahtnega plina, tj. tako da je v njegovi zunanji elektronski plasti 8 elektronov (2 za elemente prve periode). Ta pojav imenujemo pravilo okteta.

Atomi lahko dosežejo elektronsko konfiguracijo žlahtnega plina, če si na začetku posamezni atomi delijo nekaj svojih valenčnih elektronov z drugimi atomi. V tem primeru nastanejo skupni elektronski pari.

Glede na stopnjo socializacije elektronov lahko ločimo kovalentne, ionske in kovinske vezi.

kovalentna vez

Kovalentna vez se najpogosteje pojavlja med atomi nekovinskih elementov. Če atomi nekovin, ki tvorijo kovalentno vez, pripadajo različnim kemijskim elementom, se taka vez imenuje kovalentna polarna vez. Razlog za to ime je v dejstvu, da imajo atomi različnih elementov tudi različno sposobnost, da k sebi pritegnejo skupni elektronski par. Očitno to vodi do premika skupnega elektronskega para proti enemu od atomov, zaradi česar se na njem tvori delni negativni naboj. Po drugi strani se na drugem atomu tvori delni pozitivni naboj. Na primer, v molekuli vodikovega klorida se elektronski par premakne od atoma vodika k atomu klora:

Primeri snovi s kovalentno polarno vezjo:

СCl 4 , H 2 S, CO 2 , NH 3 , SiO 2 itd.

Kovalentna nepolarna vez nastane med nekovinskimi atomi istega kemičnega elementa. Ker so atomi enaki, je njihova sposobnost, da vlečejo skupne elektrone, enaka. V zvezi s tem ni opaziti premika elektronskega para:

Zgornji mehanizem za tvorbo kovalentne vezi, ko oba atoma zagotavljata elektrone za tvorbo skupnih elektronskih parov, se imenuje izmenjava.

Obstaja tudi donorsko-akceptorski mehanizem.

Pri tvorbi kovalentne vezi z donorsko-akceptorskim mehanizmom nastane skupni elektronski par zaradi zapolnjene orbitale enega atoma (z dvema elektronoma) in prazne orbitale drugega atoma. Atom, ki zagotavlja nedeljen elektronski par, se imenuje donor, atom s prosto orbitalo pa akceptor. Donatorji elektronskih parov so atomi, ki imajo seznanjene elektrone, na primer N, O, P, S.

Na primer, v skladu z donorsko-akceptorskim mehanizmom se četrta kovalentna vez N-H tvori v amonijevem kationu NH 4 +:

Za kovalentne vezi je poleg polarnosti značilna tudi energija. Energija vezi je najmanjša energija, potrebna za prekinitev vezi med atomi.

Energija vezave pada z večanjem radijev vezanih atomov. Ker vemo, da se atomski polmeri povečujejo po podskupinah navzdol, lahko na primer sklepamo, da se moč vezi halogen-vodik povečuje v seriji:

HI< HBr < HCl < HF

Prav tako je energija vezi odvisna od njene mnogoterosti – večja kot je mnogoterost vezi, večja je njena energija. Mnogokratnost vezi je število skupnih elektronskih parov med dvema atomoma.

Ionska vez

Ionsko vez lahko obravnavamo kot mejni primer kovalentne polarne vezi. Če je v kovalentno-polarni vezi skupni elektronski par delno premaknjen na enega od para atomov, potem je v ionski vezi skoraj popolnoma "oddan" enemu od atomov. Atom, ki je daroval elektrone, pridobi pozitiven naboj in postane kation, in atom, ki mu je vzel elektrone, pridobi negativen naboj in postane anion.

Tako je ionska vez vez, ki nastane zaradi elektrostatične privlačnosti kationov na anione.

Tvorba te vrste vezi je značilna za interakcijo atomov tipičnih kovin in tipičnih nekovin.

Na primer, kalijev fluorid. Kalijev kation nastane kot posledica ločitve enega elektrona od nevtralnega atoma, fluorov ion pa nastane s pritrditvijo enega elektrona na atom fluora:

Med nastalimi ioni nastane sila elektrostatične privlačnosti, zaradi česar nastane ionska spojina.

Pri nastajanju kemijske vezi so elektroni iz atoma natrija prešli na atom klora in nastali so nasprotno nabiti ioni, ki imajo zaključen zunanji energijski nivo.

Ugotovljeno je bilo, da se elektroni ne odcepijo popolnoma od atoma kovine, ampak se le premaknejo proti atomu klora, kot pri kovalentni vezi.

Večina binarnih spojin, ki vsebujejo kovinske atome, je ionskih. Na primer oksidi, halogenidi, sulfidi, nitridi.

Ionska vez nastane tudi med enostavnimi kationi in enostavnimi anioni (F -, Cl -, S 2-), pa tudi med enostavnimi kationi in kompleksnimi anioni (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Zato med ionske spojine uvrščamo soli in baze (Na 2 SO 4, Cu (NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca (OH) 2, NaOH).

kovinska povezava

Ta vrsta vezi nastane v kovinah.

Atomi vseh kovin imajo elektrone na zunanji elektronski plasti, ki imajo nizko vezno energijo z atomskim jedrom. Za večino kovin je izguba zunanjih elektronov energijsko ugodna.

Zaradi tako šibke interakcije z jedrom so ti elektroni v kovinah zelo mobilni in v vsakem kovinskem kristalu nenehno poteka naslednji proces:

M 0 - ne - \u003d M n +, kjer je M 0 nevtralni kovinski atom in M n + kation iste kovine. Spodnja slika prikazuje ilustracijo potekajočih procesov.

To pomeni, da elektroni "hitijo" vzdolž kovinskega kristala, se odcepijo od enega kovinskega atoma, iz njega tvorijo kation, se pridružijo drugemu kationu in tvorijo nevtralni atom. Ta pojav so poimenovali »elektronski veter«, skupek prostih elektronov v kristalu atoma nekovine pa »elektronski plin«. Ta vrsta interakcije med kovinskimi atomi se imenuje kovinska vez.

vodikova vez

Če je atom vodika v kateri koli snovi vezan na element z visoko elektronegativnostjo (dušik, kisik ali fluor), je za takšno snov značilen tak pojav, kot je vodikova vez.

Ker je vodikov atom vezan na elektronegativni atom, se na vodikovem atomu tvori delni pozitivni naboj, na elektronegativnem atomu pa delni negativni naboj. V tem pogledu postane možna elektrostatična privlačnost med delno pozitivno nabitim vodikovim atomom ene molekule in elektronegativnim atomom druge. Na primer, opazimo vodikovo vez pri molekulah vode:

Vodikova vez je tista, ki pojasnjuje nenormalno visoko tališče vode. Poleg vode se močne vodikove vezi tvorijo tudi v snoveh, kot so vodikov fluorid, amoniak, kisline, ki vsebujejo kisik, fenoli, alkoholi, amini.

Kovinska vez je kemična vez zaradi prisotnosti relativno prostih elektronov. Značilen je tako za čiste kovine kot njihove zlitine in intermetalne spojine.

Mehanizem kovinske vezi

V vseh vozliščih kristalne mreže so pozitivni kovinski ioni. Med njimi se naključno, kot molekule plina, gibljejo valenčni elektroni, ki se med nastajanjem ionov odcepijo od atomov. Ti elektroni igrajo vlogo cementa, ki drži pozitivne ione skupaj; sicer bi mreža razpadla pod delovanjem odbojnih sil med ioni. Hkrati pa elektrone zadržujejo ioni znotraj kristalne mreže in je ne morejo zapustiti. Komunikacijske sile niso lokalizirane in neusmerjene.

Zato se v večini primerov pojavijo visoka koordinacijska števila (na primer 12 ali 8). Ko se dva kovinska atoma približata drug drugemu, se njune orbitale zunanje lupine prekrivajo in tvorijo molekularne orbitale. Če se pojavi tretji atom, se njegova orbitala prekriva z orbitalo prvih dveh atomov, kar povzroči drugo molekularno orbitalo. Ko je atomov veliko, obstaja ogromno število tridimenzionalnih molekularnih orbital, ki se raztezajo v vse smeri. Zaradi večkratnega prekrivanja orbital na valenčne elektrone vsakega atoma vpliva veliko atomov.

Značilne kristalne mreže

Večina kovin tvori eno od naslednjih zelo simetričnih, tesno zapakiranih mrež: kubično s središčem telesa, kubično s središčem na ploskvi in heksagonalno.

V kubični mreži s telesnim središčem (bcc) se atomi nahajajo na ogliščih kocke in en atom se nahaja v središču prostornine kocke. Kovine imajo kubično telocentrično mrežo: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba itd.

V kubični mreži s središčem na ploskvi (fcc) so atomi nameščeni na ogliščih kocke in v središču vsake ploskve. Kovine te vrste imajo mrežo: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co itd.

V heksagonalni mreži se atomi nahajajo na ogliščih in v središču šesterokotnih baz prizme, trije atomi pa se nahajajo v srednji ravnini prizme. Takšno pakiranje atomov imajo kovine: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca itd.

Druge lastnosti

Prosto gibajoči se elektroni povzročajo visoko električno in toplotno prevodnost. Snovi s kovinsko vezjo pogosto združujejo trdnost in duktilnost, saj se vezi med seboj premaknejo med seboj in se ne zlomijo. Druga pomembna lastnost je kovinska aromatičnost.

Kovine dobro prevajajo toploto in elektriko, so dovolj močne, lahko se deformirajo, ne da bi se zlomile. Nekatere kovine so temprane (mogoče jih je kovati), nekatere pa temprane (lahko jih vlečemo v žico). Te edinstvene lastnosti pojasnjuje posebna vrsta kemijske vezi, ki povezuje kovinske atome med seboj – kovinska vez.

Kovine v trdnem stanju obstajajo v obliki kristalov pozitivnih ionov, kot da "plavajo" v morju elektronov, ki se prosto gibljejo med njimi.

Kovinska vez pojasnjuje lastnosti kovin, zlasti njihovo trdnost. Pod delovanjem deformacijske sile lahko kovinska mreža spremeni svojo obliko brez razpok, za razliko od ionskih kristalov.

Visoka toplotna prevodnost kovin je razložena z dejstvom, da če segrejete kos kovine na eni strani, se bo kinetična energija elektronov povečala. To povečanje energije se bo širilo v "elektronskem morju" po celotnem vzorcu z veliko hitrostjo.

Jasna postane tudi električna prevodnost kovin. Če na konce kovinskega vzorca uporabimo potencialno razliko, se bo oblak delokaliziranih elektronov premaknil v smeri pozitivnega potenciala: ta tok elektronov, ki se gibljejo v isti smeri, je znani električni tok.

V monoatomskem stanju se v normalnih pogojih nahajajo samo žlahtni plini. Preostali elementi ne obstajajo v obliki posameznika, saj imajo sposobnost interakcije med seboj ali z drugimi atomi. V tem primeru nastanejo bolj kompleksni delci.

V stiku z

Niz atomov lahko tvori naslednje delce:

molekule;
molekularni ioni;
prosti radikali.

Vrste kemijskih interakcij

Interakcija med atomi se imenuje kemična vez. Osnova so elektrostatične sile (sile interakcije električnih nabojev), ki delujejo med atomi, nosilci teh sil so jedro atoma in elektroni.

Pri tvorbi kemičnih vezi med atomi imajo glavno vlogo elektroni, ki se nahajajo na zunanji energijski ravni. So najbolj oddaljeni od jedra in posledično z njim najmanj trdno povezani. Imenujejo se valenčni elektroni.

Delci medsebojno delujejo na različne načine, kar vodi v nastanek molekul (in snovi) različnih struktur. Obstajajo naslednje vrste kemičnih vezi:

ionski;
kovalentna;
van der Waals;
kovina.

Ko govorimo o različnih vrstah kemijske interakcije med atomi, velja spomniti, da vse vrste enako temeljijo na elektrostatični interakciji delcev.

kovinska kemična vez

Kot je razvidno iz položaja kovin v tabeli kemijskih elementov, imajo večinoma majhno število valenčnih elektronov. Elektroni so na svoja jedra vezani precej šibko in se zlahka ločijo od njih. Posledično nastanejo pozitivno nabiti kovinski ioni in prosti elektroni.

Ti elektroni, ki se prosto gibljejo v kristalni mreži, se imenujejo "elektronski plin".

Slika shematično prikazuje strukturo kovinske snovi.

To pomeni, da se v prostornini kovine atomi nenehno spreminjajo v ione (imenujejo se atom-ioni) in obratno, ioni nenehno prejemajo elektrone iz "elektronskega plina".

Mehanizem nastanka kovinske vezi lahko zapišemo kot formulo:

atom M 0 - ne ↔ ion M n+

Kovine so torej pozitivni ioni, ki se nahajajo v kristalni mreži na določenih položajih, in elektroni, ki se lahko precej prosto gibljejo med atomi-ioni.

Kristalna mreža predstavlja "okostje", jedro snovi, med njegovimi vozlišči pa se premikajo elektroni. Oblike kristalnih mrež kovin so lahko različne, npr.

volumskocentrična kubična mreža je značilna za alkalijske kovine;
čelno osredotočena kubična mreža ima na primer cink, aluminij, baker in druge prehodne elemente;
šestkotna oblika je značilna za zemeljskoalkalijske elemente (izjema je barij);
tetragonalna struktura - v indiju;
romboedrično - v živem srebru.

Primer kovinske kristalne mreže je prikazan na spodnji sliki..

Razlike od drugih vrst

Kovinska vez se od kovalentne razlikuje po trdnosti. Energija kovinskih vezi je manjša kot kovalentne za 3–4 krat in manj energije ionske vezi.

Pri kovinski vezi ne moremo govoriti o usmerjenosti, kovalentna vez je strogo usmerjena v prostoru.

Takšna lastnost, kot je nasičenost, tudi ni značilna za interakcijo med kovinskimi atomi. Kovalentne vezi so nasičene, kar pomeni, da je število atomov, s katerimi lahko pride do interakcije, strogo omejeno s številom valenčnih elektronov.

Komunikacijski diagram in primeri

Proces, ki poteka v kovini, lahko zapišemo s formulo:

K - e<->K+

Al-3e<->Al 3+

ne-e<->Na+

Zn - 2e<->Zn2+

Fe-3e<->Fe3+

Če podrobneje opišemo kovinsko vez, kako nastane ta vrsta vezi, je treba upoštevati strukturo zunanjih energijskih ravni elementa.

Primer je natrij. Edini valenčni 3s elektron, ki je prisoten na zunanjem nivoju, se lahko prosto giblje po prostih orbitalah tretjega energijskega nivoja. Ko se natrijevi atomi približajo drug drugemu, se orbitale prekrivajo. Zdaj se lahko vsi elektroni gibljejo med atomi-ioni znotraj vseh prepletenih orbital.

Cink ima 2 valenčna elektrona kar 15 prostih orbital v četrtem energijskem nivoju. Ko atomi medsebojno delujejo, te proste orbitale se bodo prekrivale, kot da bi socializirale elektrone, ki se premikajo vzdolž njih.

Atomi kroma imajo 6 valenčnih elektronov in vsi bodo sodelovali pri tvorbi elektronskega plina in vezali atomske ione.

Posebna vrsta interakcije, ki je značilna za kovinske atome, določa številne lastnosti, ki jih združujejo in razlikujejo kovine od drugih snovi. Primeri takih lastnosti so visoka tališča, visoka vrelišča, kovnost, sposobnost odboja svetlobe, visoka električna in toplotna prevodnost.

Visoka tališča in vrelišča so razložena z dejstvom, da so kovinski kationi močno vezani z elektronskim plinom. Hkrati je zaslediti pravilnost, da se moč vezi povečuje s povečanjem števila valenčnih elektronov. Na primer, rubidij in kalij sta snovi z nizkim tališčem (tališče 39 oziroma 63 stopinj Celzija) v primerjavi z na primer kromom (1615 stopinj Celzija).

Enakomerna porazdelitev valenčnih elektronov po kristalu pojasnjuje na primer takšno lastnost kovin, kot je plastičnost - premik ionov in atomov v katero koli smer brez uničenja interakcije med njimi.

Prosto gibanje elektronov v atomskih orbitalah pojasnjuje tudi električno prevodnost kovin. Elektronski plin pri uporabi razlike potenciali prehajajo iz kaotičnega gibanja v usmerjeno gibanje.

V industriji se pogosto ne uporabljajo čiste kovine, temveč njihove mešanice, imenovane zlitine. V zlitini lastnosti ene komponente običajno uspešno dopolnjujejo lastnosti druge.

Kovinski tip interakcije je značilen tako za čiste kovine kot za njihove mešanice - zlitine v trdnem in tekočem stanju. Če pa kovino prevedemo v plinasto stanje, bo vez med njenimi atomi kovalentna. Kovina v obliki pare je sestavljena iz posameznih molekul (eno- ali dvoatomskih).