При образовании металлической связи обобществляются
Вы узнали, как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов и элементов-неметаллов (электроны переходят от первых ко вторым), а также атомы элементов-неметаллов между собой (неспаренные электроны внешних электронных слоёв их атомов объединяются в общие электронные пары). Теперь мы познакомимся с тем, как взаимодействуют между собой атомы элементов-металлов. Металлы обычно существуют не в виде изолированных атомов, а в виде слитка или металлического изделия. Что удерживает атомы металла в едином объёме?
Атомы большинства элементов-металлов на внешнем уровне содержат небольшое число электронов — 1, 2, 3. Эти электроны легко отрываются, а атомы превращаются в положительные ионы. Оторвавшиеся электроны перемещаются от одного иона к другому, связывая их в единое целое.
Разобраться, какой электрон принадлежал какому атому, просто невозможно. Все оторвавшиеся электроны стали общими. Соединяясь с ионами, эти электроны временно образуют атомы, потом снова отрываются и соединяются уже с другим ионом и т. д. Бесконечно происходит процесс, который можно изобразить схемой:
Следовательно, в объёме металла атомы непрерывно превращаются в ионы и наоборот. Их так и называют атом-ионами.
На рисунке 41 схематически изображено строение фрагмента металла натрия. Каждый атом натрия окружён восемью соседними атомами.
Рис. 41.
Схема строения фрагмента кристаллического натрия
Оторвавшиеся внешние электроны свободно движутся от одного образовавшегося иона к другому, соединяя, будто склеивая, ионный остов натрия в один гигантский металлический кристалл (рис. 42).
Рис. 42.
Схема металлической связи
Металлическая связь имеет некоторое сходство с ковалентной, так как основана на обобществлении внешних электронов. Однако при образовании ковалентной связи обобществляются внешние неспаренные электроны только двух соседних атомов, в то время , как при образовании металлической связи в обобществлении этих электронов участвуют все атомы. Именно поэтому кристаллы с ковалентной связью хрупки, а с металлической, как правило, пластичны, электропроводны и имеют металлический блеск.
На рисунке 43 изображена древняя золотая фигурка оленя, которой уже более 3,5 тыс. лет, но она не потеряла характерного для золота — этого самого пластичного из металлов — благородного металлического блеска.
рис. 43. Золотой олень. VI в. до н. э.
Металлическая связь характерна как для чистых металлов, так и для смесей различных металлов — сплавов, находящихся в твёрдом и жидком состояниях. Однако в парообразном состоянии атомы металлов связаны между собой ковалентной связью (например, парами натрия заполняют лампы жёлтого света для освещения улиц больших городов). Пары металлов состоят из отдельных молекул (одноатомных и двухатомных).
Вопрос о химических связях — центральный вопрос науки химии. Вы познакомились с начальными представлениями о типах химической связи. В дальнейшем вы узнаете много интересного о природе химической связи. Например, что в большинстве металлов, кроме металлической связи, есть ещё и ковалентная связь, что существуют и другие типы химических связей.
помогите с химией
1. Укажите неверное утверждение:
а) катион – это атом, отдавший электрон; б) катион – это атом, получивший электрон;
в) ионы имеют положительные и отрицательные заряды; г) ионы имеют 8 электронов на внешнем уровне.
2. Ион кальция в хлориде кальция имеет заряд: а) 3+; б) 2+; в) 2-; г) 0.
3. Сколько общих электронных пар между атомами хлора в молекуле Cl2:
а) четыре; б) две; в) одна; г) три.
4. В какой молекуле длина ковалентной связи больше:
а) водорода; б) хлора; в) брома; г) фтора.
5. Какая форма записи молекулы верна: а) F3N б) NF3 в) N3F2 г) F2N3.
6. В какой молекуле ковалентная связь наиболее полярная: а) Н2 б) HBr в) HI г) HCl
7. Какую химическую связь образуют атомы в молекуле I2:
а) ковалентную полярную; б) ковалентную неполярную; в) металлическую; г) ионную
8. При образовании металлической связи обобществляются:
а) все электроны атомов металла; б) внешние неспаренные электроны соседних атомов;
в) внешние неспаренные электроны всех атомов; г) все ионы металла.
9. Вещество содержит из ионов только катионы. Для этого вещества характерна:
а) ковалентная полярная связь; б) ковалентная неполярная связь;
в) металлическая связь; г) ионная связь.
10. Не происходит обобществления электронов при образовании химической связи:
а) ковалентной полярной; б) ковалентной неполярной; в) металлической; г) ионной.
11. Определите тип химической связи в оксиде калия:
а) ковалентная полярная связь; б) ковалентная неполярная связь;
в) металлическая связь; г) ионная связь.
12. Укажите пункт, в котором перечислены вещества со всеми типами связей – полярной и неполярной ковалентной, ионной и металлической:
а) H2 Li HCl NaCl; б) HBr Li Cl2O I2;
в) K HI Br2 NF3; г) HCl K H2O Cl2
13. Укажите пункт, в котором перечислены вещества не со всеми типами связей – поляр-ной и неполярной ковалентной, ионной и металлической:
а) F2 Na H2S KI; б) HF Li Na2O K;
в) Li HF HI H2S; г) OF2 Na Li2O Cl2.
14. Укажите пункт, в котором находятся вещества с одинаковым типом связи:
а) F2 N2 H2 I2; б) HF H2O Na2O OF2;
в) LiF Na2O HI NaCl; г) OF2 Cl2O HCl NF3.
15. Укажите пункт, в котором находятся вещества только с ионной связью:
а) Cl2 Li Br2 I2; б) CuO Na2O Br2O OF2;
в) NaF K2O KI NaCl; г) OF2 Сl2O HCl PCl5.
16. Пользуясь периодической системой химических элементов, определите, какой элемент имеет наименьшую электроотрицательность: а) азот; б) селен; в) бор; г) кислород.
17. Какое из перечисленных веществ имеет ионную кристаллическую решетку:
а) кварц; б) хлорид бария; в) хлороводород; г) кислород.
18. Летучесть обычно характерна для веществ, в узлах кристаллической решетки которых располагаются: а) атомы; б) ионы; в) атомы и ионы; г) молекулы.
19. Какой из ионов имеет минимальный радиус: а) I- б) Cs+ в) Ва2+ г) Те2-
20. Определите, о каких элементах идет речь:
а) в атоме первого элемента 4 энергетических уровня, на внешнем уровне 2 электрона, на предпоследнем уровне 18 электронов;
б) в атоме второго элемента 16 протонов.
Могут ли они реагировать друг с другом? При этом образуется … с … типом химической связи.
1)б. 2)б. 3)в. 4)в, 5)б, 6)г, 7)б9)в, 10)г, 11)г, 12)а,
13)б, 14)а, 15)в, 16)в, 17)б, 18)г, 19)г, 20)а-цинк б-сера
При этом образуется соединение с ионным типом химической связи.
Металлическая химическая связь - характеристика, способы образования и свойства
Металлическая химическая связь характерна для металлов и их сплавов в кристаллическом состоянии. Образуется за счет обобществления валентных электронов. Для этого типа строения вещества не характерно образование направленных структурированных связей.
Следует отличать различные типы связи элементов кристаллов - металлическую, ионную и водородную, свойственную кристаллам льда.
Схема образования металлической связи на примерах
Механизм создания металлической связи предусматривает отрыв частично свободных электронов от атома с образованием катионов с положительным зарядом, формирующих “остов” кристаллической решетки и электронного облака. При этом металлический кристалл не приобретает положительного или отрицательного заряда.
Общий случай формирования связывания металлических атомов в химии, соответствующий данному выше определению:
здесь n - число электронов, участвующих в образовании связи, как правило, от 1 до 3.
В левой части уравнения - атом металла, отдающий электроны, в правой - образовавшийся в результате ион.
Формула показывает, что в кристалле постоянно происходит присоединение и отдача электронов.
Схемы формирования связи на примере атомов различной валентности:
- K - e⁻ ⇆ K;
- Cu - 2e⁻ ⇆ Cu;
- Al - 3e⁻ ⇆ Al.
Отделяющиеся от атома электроны перемещаются на свободные валентные орбитали, которые обобществляются и позволяют всем электронам перемещаться в пределах кристалла. Отделение электронов выгодно атому с точки зрения энергетического баланса, так как позволяет сформировать электронно-стабильную оболочку.
Характерные кристаллические решетки
Металлические кристаллы подразделяются на 3 основных типа:
- Объемно-центрированную кубическую решетку, в которой, помимо размещения атомов в четырех вершинах куба, один из них размещается в центре объемной фигуры. Такой тип организации твердого вещества характерен для ряда металлов, включая K, Na и Li, вольфрам, хром, ниобий и др.
- Гранецентрированная кубическая решетка характеризуется расположением атомов в центре граней. Всего в ячейке задействовано 10 атомов, 4 в вершинах и 6 на гранях. Такая решетка встречается у меди, драгметаллов (серебра и золота) и металлов платиновой группы: Pd, Pt.
- Гексагональное строение решетки предполагает размещение атомов в углах и внутри 6-гранной призмы. Ячейка состоит из 15 атомов и свойственна магнию, кальцию, осмию, бериллию и ряду других металлических элементов.
Общими свойствами всех решеток являются высокая симметрия и плотная упаковка составляющих их атомов. Некоторые элементы периодической таблицы формируют уникальную структуру, например, элементарная ячейка In имеет тетрагональное строение.
Для сплавов, являющихся химическими соединениями, также характерно образование кристаллов перечисленных видов, при этом атомы каждого металла занимают определенное место в структуре.
Например, в сплаве никеля и алюминия атомы Al размещаются по углам, а атом Ni - в центре ОЦК ячейки. Свойства сплава и его структура влияют на класс прочности изделия, изготовленного из этого материала.
Физические свойства металлической связи
Физические характеристики металлических кристаллов обусловлены способностью обобществленных электронов свободно перемещаться внутри кристалла.
Характеристики, отличающие подобные вещества:
хорошая электропроводность, благодаря наличию условно свободного электронного облака;
высокая проводимость тепла;
низкая реакционная способность или инертность;
пластичность - большинство металлов можно гнуть и ковать.
Высокий уровень организации вещества обусловливает металлический блеск. Следует иметь в виду, что повышение прочности при пластической деформации и легировании приводит к образованию частично ковалентной связи.
При деформации могут возникать области повышенной прочности и низкими пластическими свойствами, похожие на вещества с ковалентной связью (например, алмаз).
Сходства и отличия металлической химической связи от ионной
Помимо рассматриваемой, металлы могут образовывать другие виды связи, включая простую ионную.
Их общие черты:
участие металлов, при этом металлическая связь формируется исключительно атомами металла, а ионная образуется между металлическим и неметаллическим элементами;
металл высвобождает электроны и становится катионом;
соединения могут существовать в кристаллической форме.
Кристаллы с ионным характером соединения отличают следующие параметры:
- В узлах размещаются как положительно, так и отрицательно заряженные ионы. Каркас металлической решетки формируют исключительно катионы.
- Узлы удерживаются за счет электростатического взаимодействия.
- При низких температурах кристаллические вещества, образованные за счет ионного взаимодействия, проявляют свойства диэлектриков (не проводят ток).
- Переход электронов с атома металла происходит на орбиты атома неметалла.
Характерный пример кристалла с ионной связью - поваренная соль, решетка которой сформирована из ионов Na⁺ и Cl⁻. Такие кристаллические вещества не обладают пластичностью и блеском.
Металлическая связь
В данном небольшом видеофрагменте учащиеся познакомятся с металлической связью, её особенностями, узнают новые понятия «атом-ион», «электронный газ», а также различие и сходство металлической связи с ковалентной, на основе этого они смогут предположить некоторые физические свойства, характерные для веществ с металлическим типом связи.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Металлическая связь"
Атомы металлов имеют небольшое число электронов на внешнем уровне (от 1 до 3), поэтому эти электроны могут легко отрываться. А нейтральные атомы при этом становятся ионами. Электроны могут свободно перемещаться то к одному иону, то к другому, связывая их в единое целое. Причем электроны, соединяясь с ионами, превращают их в атомы, затем опять отрываются и атомы опять становятся ионами и так постоянно. Их так и называют атом-ионами.
Me 0 – nē ↔ Me n +
Эти свободные электроны еще называют «электронным газом», они постоянно перемещаются по всему объему металла. Поэтому металлическая связь основана на обобществлении электронов и свободном перемещении их в поле ядер атомов.
Строение фрагмента металла натрия
Каждый атом натрия окружён восьмью другими атомами. Оторвавшиеся электроны двигаются то к одному, то к другому иону, удерживая при этом весь кристалл.
Металлическая связь имеет сходство и с ковалентной связью. Это сходство основано на обобществлении электронов, но при образовании ковалентной связи обобществляются внешние неспаренные электроны двух соседних атомов, а при образовании металлической в обобществлении участвуют все атомы. Это отличие стало причиной разных физических свойств: вещества с ковалентной связью хрупки, а с металлической –пластичны.
Металлическая связь в металлах и сплавах определяет такие свойства этих соединений, как металлический блеск, ковкость и пластичность, тепло-и электропроводность.
Например, золотая статуэтка оленя, которой уже более 3,5 тыс. лет не потеряла до сих пор своего характерного блеска.
Металлическая связь характерная для металлов и сплавов, находящихся в твердом и жидком агрегатном состоянии, а вот в парообразном, атомы металлов связаны между собой ковалентной связью.
§ 6.2. Металлическая связь
Такая химическая связь ненаправленная, ненасыщенная, характеризуется небольшим числом валентных электронов и большим числом свободных орбиталей, что характерно для атомов металлов.
Схема образования металлической связи (М — металл):
Наличием металлической связи обусловлены физические свойства металлов и сплавов: твердость, электрическая проводимость и теплопроводность, ковкость, пластичность, металлический блеск. Вещества с металлической связью имеют металлическую кристаллическую решетку.
Межмолекулярные взаимодействия
Одним из видов межмолекулярных взаимодействий, которые обусловливают притяжение молекул друг к другу в твердом и жидком состояниях, является водородная связь.
Механизм образования водородной связи имеет частично электростатический, частично донорно-акцепторный характер. Примеры межмолекулярной водородной связи:
При наличии такой химической связи даже низкомолекулярные вещества могут быть при обычных условиях жидкостями (этиловый спирт, вода) или легко сжижающимися газами (аммиак, фтороводород).
В биополимерах — белках (вторичная структура) имеется внутримолекулярная водородная связь между карбонильным кислородом и водородом аминогруппы:
Молекулы полинуклеотидов — ДНК представляют собой двойные спирали, в которых две цепи нуклеотидов связаны друг с другом водородными связями. При этом действует принцип комплементарности, т. е. эти связи образуются между определенными парами, состоящими из пуринового и пиримидинового оснований: против аде-нинового нуклеотида (А) располагается тиминовый (Т), а против гуанинового (Г) — цитозиновый (Ц).
Вещества с водородной связью имеют молекулярные кристаллические решетки.
Помимо водородной связи существуют другие силы межмолекулярного взаимодействия, называемые силами Ван-дер-Ваальса (в честь голландского физика). В основе их лежит электростатическое взаимодействие диполей, но в различных веществах механизм возникновения диполей различен.
Если вещества состоят из полярных молекул (НСl, Н2O, СН3ОН, С2Н5Сl), то молекулярные диполи притягиваются друг к другу противоположно заряженными частями.
Этот вид взаимодействия называют ориентационным.
В смесях веществ, состоящих из полярных и неполярных молекул, под влиянием полярной молекулы в неполярной молекуле возникает (индуцируется) диполь. Постоянный диполь и индуцированный диполь притягиваются друг к другу.
Такой вид взаимодействия называют индукционным.
Наконец, в любых молекулах (полярных и неполярных) непрерывно изменяется взаимное положение электронов и ядер, что вызывает появление мгновенных диполей, между которыми также действуют силы притяжения. Эти взаимодействия называют дисперсионными.
Ван-дер-ваальсовы силы недостаточны для образования молекул, но способствуют образованию жидкостей и кристаллов при низких температурах. Они имеются в веществах с атомными, ионными и металлическими кристаллическими решетками, но в этих случаях их вклад в общую энергию связи несущественен.
Читайте также: