Μεταλλικοί δεσμοί

Ένας «μεταλλικός δεσμός» είναι μια λέξη που αναφέρεται στην κοινή χρήση μιας θάλασσας ηλεκτρονίων σθένους μεταξύ πολλών θετικά φορτισμένων μεταλλικών ιόντων που εμφανίζονται με συλλογικό τρόπο.

Ένα είδος χημικής σύνδεσης, ο μεταλλικός δεσμός είναι υπεύθυνος για πολλές από τις ιδιότητες που είναι μοναδικές για τα μέταλλα, συμπεριλαμβανομένης της στιλπνής γυαλάδας, της ελαττότητας και της αγωγιμότητας θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας, μεταξύ άλλων.

Ορισμένα μεταλλικά δείγματα έχουν τόσο μεταλλικό όσο και ομοιοπολικό δεσμό, κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί σε ορισμένες περιπτώσεις. Παραδείγματα περιλαμβάνουν άτομα γαλλίου που συνδέονται ομοιοπολικά μεταξύ τους και που σχηματίζουν κρυσταλλικούς σχηματισμούς που διατηρούνται μαζί με μεταλλικές συνδέσεις. Το ιόν υδραργύρου είναι επίσης ικανό να σχηματίζει μεταλλικούς και ομοιοπολικούς δεσμούς.

Οι παρακάτω είναι μερικοί από τους παράγοντες που επηρεάζουν την αντοχή ενός μεταλλικού δεσμού:

• Ο συνολικός αριθμός των ηλεκτρονίων που έχουν μετατοπιστεί.
• Η ποσότητα του θετικού φορτίου που μεταφέρεται από το μεταλλικό κατιόν μετράται σε βολτ.
• Η ιοντική ακτίνα του κατιόντος μετριέται σε μικρά.

Έχουμε συμπεριλάβει μια εικόνα παρακάτω που εξηγεί πώς τα ηλεκτρόνια αποεντοπίζονται σε ένα άκαμπτο πλέγμα μεταλλικών ιόντων όταν εμπλέκονται σε μια μεταλλική σύνδεση.

Όταν ένα μέταλλο θερμαίνεται σε κατάσταση τήξης, οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων του μετάλλου δεν καταστρέφονται. Αντίθετα, οι δεσμοί μεταξύ των μεταλλικών ιόντων εξασθενούν, με αποτέλεσμα η διατεταγμένη σειρά μεταλλικών ιόντων να χάνει την καθορισμένη, στερεή δομή τους και να γίνεται ρευστή. Ωστόσο, όταν το μέταλλο θερμαίνεται μέχρι το σημείο βρασμού του, αυτές οι συνδέσεις καταστρέφονται εντελώς.

Ιδιότητες που αποδίδονται από το Metallic Bonding

Πολλές σημαντικές ιδιότητες των μετάλλων προσδίδονται μέσω της μεταλλικής τους συγκόλλησης, γεγονός που τα καθιστά εμπορικά χρήσιμα. Ορισμένα από αυτά τα χαρακτηριστικά αναλύονται λεπτομερέστερα αργότερα σε αυτήν την ενότητα.

1. Ηλεκτρική αγωγιμότητα 

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα είναι μια ιδιότητα μιας ουσίας που δείχνει την ικανότητά της να επιτρέπει σε ένα φορτίο να τη διέρχεται εύκολα. Επειδή η κινητικότητα των ηλεκτρονίων στη θάλασσα των ηλεκτρονίων δεν ρυθμίζεται, κάθε ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από το μέταλλο ταξιδεύει μέσα από αυτό.

Όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού στο μέταλλο, τα αποτοποθετημένα ηλεκτρόνια αρχίζουν να κινούνται προς την κατεύθυνση του θετικά φορτισμένου φορτίου. Ο λόγος για αυτό είναι ότι τα μέταλλα γενικά θεωρούνται καλοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος.

2. Θερμική αγωγιμότητα 

Σε γενικές γραμμές, η ικανότητα ενός υλικού να μεταδίδει ή να μεταφέρει θερμότητα μετριέται ως προς τη θερμική του αγωγιμότητα. Η αύξηση της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων σε μια μεταλλική ουσία στο ένα άκρο προκαλεί την αύξηση της κινητικής ενέργειας των ηλεκτρονίων σε αυτήν την περιοχή. Οι συγκρούσεις μεταξύ αυτών των ηλεκτρονίων και άλλων ηλεκτρονίων στη θάλασσα τους επιτρέπουν να μεταφέρουν την κινητική τους ενέργεια σε άλλα ηλεκτρόνια.

Όσο μεγαλύτερη είναι η κινητικότητα των ηλεκτρονίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα με την οποία μεταφέρεται η κινητική ενέργεια. Αυτά τα εξαιρετικά κινητά αποτοποθετημένα ηλεκτρόνια γίνονται δυνατά με μεταλλικούς δεσμούς. ως αποτέλεσμα, είναι σε θέση να μεταφέρουν θερμότητα μέσω της μεταλλικής ουσίας αλληλεπιδρώντας με άλλα ηλεκτρόνια.

3. Η ελασιμότητα και η ολκιμότητα του υλικού

Όταν χτυπήσει έναν ιοντικό κρύσταλλο (όπως έναν κρύσταλλο χλωριούχου νατρίου) με ένα σφυρί, σπάει σε πολλά μικρότερα κομμάτια. Λόγω του γεγονότος ότι τα άτομα στους κρυστάλλους είναι κλειδωμένα μεταξύ τους σε ένα σκληρό πλέγμα που δεν παραμορφώνεται εύκολα, αυτό συμβαίνει. Παρουσία μιας δύναμης (όπως αυτή που ασκείται από το σφυρί), αυτό προκαλεί τη θραύση της κρυσταλλικής δομής, που καταλήγει τελικά στη θραύση του κρυστάλλου.

Αν λάβουμε υπόψη τα μέταλλα, η θάλασσα των ηλεκτρονίων στον μεταλλικό δεσμό επιτρέπει την παραμόρφωση της δομής του πλέγματος. Κατά συνέπεια, όταν τα μέταλλα χτυπιούνται επανειλημμένα με σφυριά, το σκληρό πλέγμα παραμορφώνεται αντί να θρυμματίζεται. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα μέταλλα μπορούν να κοπούν σε λεπτά φύλλα για εξοικονόμηση χώρου. Τα μέταλλα αναφέρονται ως πολύ όλκιμα επειδή οι δικτυωτές δομές τους δεν θρυμματίζονται εύκολα.

4. Μεταλλική λάμψη 

Με την παρουσία φωτός που προσπίπτει σε μια μεταλλική επιφάνεια, η ενέργεια του φωτονίου απορροφάται από τη θάλασσα ηλεκτρονίων που συνθέτουν τον μεταλλικό δεσμό. Η απορρόφηση ενέργειας προκαλεί τα ηλεκτρόνια να διεγείρονται περισσότερο, με αποτέλεσμα την αύξηση των ενεργειακών τους επιπέδων. Αυτά τα διεγερμένα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στις βασικές τους καταστάσεις σε σύντομο χρονικό διάστημα, δημιουργώντας φως στη διαδικασία. Η εκπομπή φωτός που προκαλείται από την αποδιέγερση των ηλεκτρονίων δίνει στο μέταλλο μια μεταλλική λάμψη που είναι γυαλιστερή και ανακλαστική.

5. Υψηλά σημεία τήξης και βρασμού

Η ελκτική δύναμη μεταξύ των ατόμων μετάλλου είναι αρκετά υψηλή ως αποτέλεσμα του ισχυρού μεταλλικού δεσμού που υπάρχει μεταξύ τους. Απαιτείται η δαπάνη σημαντικής ενέργειας για να ξεπεραστεί αυτή η δύναμη έλξης. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους τα μέταλλα έχουν αρχικά υψηλά σημεία τήξης και βρασμού. Ο ψευδάργυρος, το κάδμιο και ο υδράργυρος είναι παραδείγματα εξαιρέσεων σε αυτόν τον κανόνα (που εξηγείται από τις διαμορφώσεις ηλεκτρονίων τους, που τελειώνουν με ns2).

Οι δεσμοί μετάλλου με μέταλλο μπορούν να διατηρήσουν τη δύναμή τους ακόμα και όταν το μέταλλο βρίσκεται σε κατάσταση τήξης. Το γάλλιο, για παράδειγμα, λιώνει στους 29,76 βαθμούς Κελσίου αλλά βράζει μόνο στους 2400 βαθμούς Κελσίου. Ως αποτέλεσμα, το λιωμένο γάλλιο ταξινομείται ως μη πτητικό υγρό.

Συμπέρασμα

Ο μεταλλικός δεσμός είναι η έλξη μεταξύ αποτοπισμένων ηλεκτρονίων και θετικά φορτισμένων πυρήνων που συμβαίνει μεταξύ αυτών των δύο καταστάσεων. Έχει τρομερή παρουσία και μπορεί να βρεθεί προς όλες τις κατευθύνσεις. Τα φάσματα εκπομπής παράγονται ως αποτέλεσμα της μετάβασης ηλεκτρονίων από διεγερμένες καταστάσεις σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Οι απλές δοκιμές φλόγας για άλατα μετάλλων βασίζονται στα φάσματα εκπομπής των αλάτων.