Каква е характеристиката на металния тип връзка? Метална връзка: механизъм на образуване и примери. Видове взаимодействия в химията

Метална връзка. Свойства на метална връзка.

Метална връзка - химическа връзкапоради наличието на относително свободни електрони. Характерно е както за чистите метали, така и за техните сплави и интерметални съединения.

Механизъм за метална връзка

Положителните метални йони са разположени във всички възли на кристалната решетка. Между тях валентните електрони, отделени от атомите при образуването на йони, се движат произволно, като газови молекули. Тези електрони действат като цимент͵ държащ положителните йони заедно; в противен случай решетката би се разпаднала под действието на силите на отблъскване между йоните. В същото време електроните се задържат от йони в кристалната решетка и не могат да я напуснат. Комуникационните сили не са локализирани и насочени. Поради тази причина в повечето случаи се появяват високи координационни числа (например 12 или 8). Когато два метални атома се съберат заедно, орбиталите на техните външни обвивки се припокриват, за да образуват молекулярни орбитали. Ако третият атом е подходящ, неговата орбитала се припокрива с орбиталите на първите два атома, което дава друга молекулярна орбитала. Когато има много атоми, възникват огромен брой триизмерни молекулярни орбитали, простиращи се във всички посоки. Поради многократното припокриване на орбиталите, валентните електрони на всеки атом се влияят от много атоми.

Характерни кристални решетки

Повечето метали образуват една от следните силно симетрични решетки с плътно опаковане на атоми: кубично центрирано по тялото, кубично лицево центрирано и шестоъгълно.

В кубична решетка, центрирана по тялото (BCC), атомите са разположени във върховете на куба и един атом в центъра на обема на куба. Металите имат кубична решетка, центрирана по тялото: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba и др.

В лицево-центрирана кубична решетка (FCC) атомите са разположени във върховете на куба и в центъра на всяко лице. Металите от този тип имат решетка: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co и др.

В шестоъгълна решетка атомите са разположени във върховете и центъра на шестоъгълните основи на призмата, а три атома са разположени в средната равнина на призмата. Металите имат такава опаковка от атоми: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca и др.

Други имоти

Свободно движещите се електрони осигуряват висока електрическа и топлопроводимост. Веществата с метална връзка често комбинират здравина с пластичност, тъй като когато атомите се изместват един спрямо друг, връзките не се прекъсват. Метален аромат също е важно свойство.

Металите провеждат добре топлината и електричеството, достатъчно са здрави, могат да се деформират без разрушаване. Някои метали са ковки (могат да бъдат изковани), някои са вискозни (могат да бъдат извадени от тел). Тези уникални свойства се обясняват със специален тип химическа връзка, която свързва металните атоми един с друг - метална връзка.

Металите в твърдо състояние съществуват под формата на кристали от положителни йони, сякаш „плуващи“ в морето от електрони, свободно движещи се между тях.

Металната връзка обяснява свойствата на металите, по-специално тяхната здравина. Под действието на деформиращата сила металната решетка може да промени формата си без напукване, за разлика от йонните кристали.

Високата топлопроводимост на металите се обяснява с факта, че ако парче метал се нагрее от едната страна, кинетичната енергия на електроните ще се увеличи. Това увеличение на енергията ще се разпространи в "електронното море" в цялата проба с голяма скорост.

Електрическата проводимост на металите също става ясна. Ако се приложи потенциална разлика към краищата на метална проба, облакът от делокализирани електрони ще се измести в посока на положителен потенциал: този поток от електрони, движещи се в една посока, е познат електрически ток.

Метална връзка. Свойства на метална връзка. - понятие и видове. Класификация и характеристики на категорията "Метална връзка. Свойства на метална връзка." 2017 г., 2018 г.

Научихте как атомите на металните елементи и неметалните елементи взаимодействат помежду си (електроните преминават от първия към втория), както и атомите на неметалните елементи един с друг (несдвоените електрони на външните електронни слоеве техните атоми се комбинират в общи електронни двойки). Сега ще се запознаем с това как атомите на металните елементи взаимодействат един с друг. Металите обикновено не съществуват като изолирани атоми, а като слитък или метален продукт. Какво държи металните атоми в един обем?

Атомите на повечето метални елементи на външното ниво съдържат малък брой електрони - 1, 2, 3. Тези електрони лесно се откъсват, а атомите се превръщат в положителни йони. Отделените електрони се движат от един йон към друг, свързвайки ги в едно цяло.

Просто е невъзможно да се разбере кой електрон на кой атом принадлежи. Всички отделени електрони станаха общи. Комбинирайки се с йони, тези електрони временно образуват атоми, след което отново се откъсват и се комбинират с друг йон и т.н. Процесът продължава безкрайно, което може да бъде изобразено на диаграмата:

Следователно в по-голямата част от метала атомите непрекъснато се трансформират в йони и обратно. Те също се наричат ​​атомни йони.

Фигура 41 показва схематично структурата на фрагмент от натриев метал. Всеки натриев атом е заобиколен от осем съседни атома.

Ориз. 41.
Диаграма на структурата на фрагмент от кристален натрий

Отделените външни електрони се движат свободно от един образуван йон към друг, съединявайки, сякаш залепвайки, ядрото на натриевия йон в един гигантски метален кристал (фиг. 42).

Ориз. 42.
Схема на метална връзка

Металната връзка има известна прилика с ковалентната връзка, тъй като се основава на споделянето на външни електрони. Въпреки това, по време на образуването на ковалентна връзка външните несдвоени електрони само на два съседни атома се социализират, докато когато се образува метална връзка, всички атоми участват в социализацията на тези електрони. Ето защо кристалите с ковалентна връзка са крехки, а кристалите с метална връзка обикновено са пластмасови, електропроводими и имат метален блясък.

Фигура 43 показва древна златна фигурка на елен, която е на повече от 3,5 хиляди години, но не е загубила благородния метален блясък, характерен за златото - този най-пластичен от металите.

ориз. 43. Златен елен. VI век пр.н.е NS

Металната връзка е характерна както за чисти метали, така и за смеси от различни метали - сплави в твърдо и течно състояние. Въпреки това, в състояние на пара, металните атоми са свързани помежду си чрез ковалентна връзка (например, натриевите пари се използват за пълнене на жълти лампи за осветяване на улиците на големите градове). Металните двойки са изградени от отделни молекули (едноатомни и двуатомни).

Въпросът за химичните връзки е централният въпрос на химичната наука. Запознахте се с първоначалното разбиране за видовете химични връзки. В бъдеще ще научите много интересни неща за природата на химичните връзки. Например, че в повечето метали освен металната връзка има и ковалентна връзка, че има и други видове химични връзки.

Ключови думи и фрази

1. Метална връзка.
2. Атомни йони.
3. Споделени електрони.

Работа с компютър

1. Моля, вижте електронния прикачен файл. Проучете материала от урока и изпълнете предложените задачи.
2. Потърсете в Интернет имейл адреси, които могат да послужат като допълнителни източници за разкриване на съдържанието на ключовите думи и фрази в параграфа. Предложете да помогнете на учителя да подготви нов урок, като докладвате за ключовите думи и фрази в следващия параграф.

Въпроси и задачи

1. Металната връзка има характеристики, подобни на ковалентната връзка. Сравнете тези химични връзки една с друга.
2. Металната връзка има характеристики, подобни на йонната връзка. Сравнете тези химични връзки една с друга.
3. Как може да се увеличи твърдостта на металите и сплавите?
4. По формулите на веществата определете вида на химичната връзка в тях: Ва, ВаВr 2, НВr, Вr 2.

Рядко химични веществасе състоят от отделни, несвързани атоми на химични елементи. Само малък брой газове, наречени благородни газове, имат такава структура при нормални условия: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. По-често химичните вещества не се състоят от разпръснати атоми, а от техните комбинации в различни групи. Такива асоциации на атоми могат да наброяват няколко единици, стотици, хиляди или дори повече атоми. Нарича се силата, която задържа тези атоми в състава на такива групи химическа връзка.

С други думи, можем да кажем, че химическата връзка е взаимодействие, което осигурява връзка между отделните атоми в по-сложни структури (молекули, йони, радикали, кристали и т.н.).

Причината за образуването на химична връзка е, че енергията на по-сложните структури е по-малка от общата енергия на отделните атоми, които я образуват.

Така че, по-специално, ако XY молекула се образува по време на взаимодействието на атомите X и Y, това означава, че вътрешната енергия на молекулите на това вещество е по-ниска от вътрешната енергия на отделните атоми, от които е образувано:

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

Поради тази причина, когато се образуват химични връзки между отделните атоми, се освобождава енергия.

Образуването на химични връзки се придружава от електроните на външния електронен слой с най-ниска енергия на свързване с ядрото, наречени валентност... Например в бора това са електрони от 2 енергийни нива - 2 електрона за 2 с-орбитали и 1 по 2 стр-орбитали:

Когато се образува химическа връзка, всеки атом се стреми да получи електронна конфигурация от атоми на благородни газове, т.е. така че във външния му електронен слой има 8 електрона (2 за елементите от първия период). Това явление се нарича правило на октета.

Постигането на електронната конфигурация на благороден газ от атоми е възможно, ако първоначално единичните атоми направят част от своите валентни електрони общи за други атоми. В този случай се образуват общи електронни двойки.

В зависимост от степента на електронна социализация могат да се разграничат ковалентни, йонни и метални връзки.

Ковалентна връзка

Ковалентна връзка възниква най-често между атомите на неметалните елементи. Ако атомите на неметалите, които образуват ковалентна връзка, принадлежат към различни химични елементи, такава връзка се нарича ковалентна полярна връзка. Причината за това име е, че атомите различни елементите също имат различна способност да привличат обща електронна двойка. Очевидно това води до изместване на общата електронна двойка към един от атомите, в резултат на което върху нея се образува частичен отрицателен заряд. От своя страна, върху другия атом се образува частичен положителен заряд. Например, в молекула на хлороводород, електронна двойка се измества от водороден атом към хлорен атом:

Примери за вещества с ковалентна полярна връзка:

СCl 4, H 2 S, CO 2, NH 3, SiO 2 и др.

Между атомите на неметалите на единия се образува ковалентна неполярна връзка химичен елемент... Тъй като атомите са идентични, способността им да изтеглят споделени електрони е една и съща. В тази връзка не се наблюдава изместване на електронната двойка:

Горният механизъм за образуване на ковалентна връзка, когато и двата атома осигуряват електрони за образуването на общи електронни двойки, се нарича обмен.

Съществува и донорно-акцепторен механизъм.

Когато се образува ковалентна връзка по механизма донор-акцептор, се образува обща електронна двойка поради запълнената орбитала на един атом (с два електрона) и празната орбитала на друг атом. Атом, осигуряващ самотна електронна двойка, се нарича донор, а атом със свободна орбитала се нарича акцептор. Атомите със сдвоени електрони действат като донори на електронни двойки, например N, O, P, S.

Например, според механизма донор-акцептор, образуването на четвъртия ковалент комуникация N-Hв амониевия катион NH 4 +:

В допълнение към полярността, ковалентните връзки се характеризират и с енергия. Енергията на връзката е минималната енергия, необходима за прекъсване на връзката между атомите.

Енергията на свързване намалява с увеличаване на радиусите на свързаните атоми. Тъй като, както знаем, атомните радиуси се увеличават надолу по подгрупите, може например да се заключи, че силата на халоген-водородната връзка нараства в серията:

Здрасти< HBr < HCl < HF

Също така енергията на връзката зависи от нейната кратност – колкото по-голяма е кратността на връзката, толкова повече е нейната енергия. Множеството на връзката се отнася до броя на общите електронни двойки между два атома.

Йонна връзка

Йонната връзка може да се разглежда като ограничаващ случай на ковалентната полярна връзка. Ако в ковалентно-полярна връзка общата електронна двойка е частично изместена към един от двойката атоми, то в йонната тя е почти напълно "отдадена" на един от атомите. Атомът, който е дарил електрона (ите), придобива положителен заряд и става катион, а атомът, който е взел електроните от него, придобива отрицателен заряд и става анион.

По този начин йонната връзка е връзка, образувана поради електростатичното привличане на катиони към аниони.

Образуването на този тип връзка е характерно за взаимодействието на атоми на типични метали и типични неметали.

Например калиев флуорид. Калиевият катион се получава в резултат на отвличането на един електрон от неутралния атом, а флуорният йон се образува, когато един електрон е прикрепен към флуорния атом:

Между получените йони възниква сила на електростатично привличане, в резултат на което се образува йонно съединение.

При образуването на химическа връзка електроните от натриевия атом преминават към хлорния атом и се образуват противоположно заредени йони, които имат пълно външно енергийно ниво.

Установено е, че електроните от металния атом не са напълно отделени, а само се изместват към хлорния атом, както при ковалентна връзка.

Повечето бинарни съединения, които съдържат метални атоми, са йонни. Например оксиди, халогениди, сулфиди, нитриди.

Йонна връзка възниква и между прости катиони и прости аниони (F -, Cl -, S 2-), както и между прости катиони и сложни аниони (NO 3 -, SO 4 2-, PO 4 3-, OH -) . Следователно солите и основите (Na 2 SO 4, Cu (NO 3) 2, (NH 4) 2 SO 4), Ca (OH) 2, NaOH) се отнасят към йонни съединения.

Метална връзка

Този тип връзка се образува в метали.

Атомите на всички метали имат електрони върху външния електронен слой, които имат ниска енергия на свързване с атомното ядро. За повечето метали процесът на загуба на външни електрони е енергийно благоприятен.

С оглед на такова слабо взаимодействие с ядрото, тези електрони в металите са много подвижни и във всеки метален кристал непрекъснато протича следният процес:

M 0 - ne - = M n +, където M 0 е неутрален метален атом, а M n + е катион на същия метал. Фигурата по-долу показва илюстрация на протичащите процеси.

Тоест електроните "носят" по металния кристал, отделяйки се от един метален атом, образувайки от него катион, присъединявайки се към друг катион, образувайки неутрален атом. Това явление се нарича "електронен вятър", а наборът от свободни електрони в кристал от неметален атом се нарича "електронен газ". Този тип взаимодействие между металните атоми се нарича метална връзка.

Водородна връзка

Ако водороден атом в някое вещество е свързан с елемент с висока електроотрицателност (азот, кислород или флуор), такова вещество се характеризира с такова явление като водородна връзка.

Тъй като водородният атом е свързан с електроотрицателен атом, върху водородния атом се образува частичен положителен заряд, а върху електроотрицателния елемент се образува частичен отрицателен заряд. В тази връзка става възможно електростатичното привличане между частично положително заредения водороден атом на една молекула и електроотрицателния атом на друга. Например, за водните молекули се наблюдава водородна връзка:

Именно водородната връзка обяснява необичайно високата точка на топене на водата. Освен във водата, силни водородни връзки се образуват и в вещества като флуороводород, амоняк, кислород-съдържащи киселини, феноли, алкохоли и амини.

Целта на урока

• Дайте представа за металната химическа връзка.

• Научете се да записвате образуването на метална връзка.

• Да се ​​запознаят с физични свойстваметали.

• Научете се да разграничавате ясно видовете химически връзки .

Цели на урока

• Научете как взаимодействат помежду си метални атоми

• Определете как металната връзка влияе върху свойствата на образуваните от нея вещества

Основни термини:

• Електроотрицателност - химическо свойствоатом, което е количествена характеристика на способността на атом в молекула да привлича общи електронни двойки към себе си.
• Химическа връзка - явлението взаимодействие на атоми, дължащо се на припокриване на електронни облаци от взаимодействащи атоми.
• Метална връзка - Това е връзка в металите между атоми и йони, образувана поради социализацията на електроните.
• Ковалентна връзка - химична връзка, образувана чрез припокриване на двойка валентни електрони. Електроните, които осигуряват връзката, се наричат ​​обща електронна двойка. Има 2 вида: полярни и неполярни.
• Йонна връзка - химична връзка, която се образува между атоми на неметали, при която обща електронна двойка отива към атом с по-голяма електроотрицателност. В резултат на това атомите се привличат като противоположно заредени тела.
• Водородна връзка - химична връзка между електроотрицателен атом и водороден атом Н, ковалентно свързан с друг електроотрицателен атом. N, O или F могат да действат като електроотрицателни атоми. Водородните връзки могат да бъдат междумолекулни или вътрешномолекулни.

  ПО ВРЕМЕ НА УРОКИТЕ

Метална химическа връзка

Идентифицирайте елементите, които са в грешната „опашка“ Защо?
Ca Fe P K Al Mg Na
Кои елементи от таблицата Менделеевсе наричат ​​метали?
Днес ще разберем какви свойства имат металите и как те зависят от връзката, която се образува между металните йони.
Като начало, нека си спомним местоположението на металите в периодичната система?
Металите, както всички знаем, обикновено не съществуват под формата на изолирани атоми, а под формата на буца, слитък или метален продукт. Нека разберем какво събира металните атоми в интегрален обем.

В примера виждаме парче злато. И между другото златото е уникален метал. С помощта на коване от чисто злато можете да направите фолио с дебелина 0,002 мм! Такъв тънък лист фолио е почти прозрачен и има зелен оттенък в лумена. В резултат на това от слитък злато с размерите на кибритена кутия можете да получите тънко фолио, което ще покрие площта на тенис корта.
Химически всички метали се характеризират с лекота на отказ от валентни електрони и в резултат на това образуването на положително заредени йони и проявяват само положително окисление. Ето защо свободните метали са редуциращи агенти. Обща характеристика на металните атоми е големият им размер спрямо неметалните. Външните електрони са разположени на големи разстояния от ядрото и следователно са слабо свързани с него, поради което лесно се откъсват.
Атомите на голям брой метали на външно ниво имат малък брой електрони - 1,2,3. Тези електрони лесно се откъсват и металните атоми се превръщат в йони.
Ме0 - n ē ⇆ Мъже +
метални атоми - външни електрони орбити ⇆ метални йони

Така отделените електрони могат да се движат от един йон към друг, тоест стават свободни и сякаш ги свързват в едно цяло. Следователно се оказва, че всички отделени електрони са общи, тъй като е невъзможно за да разберем кой електрон на кой от металните атоми принадлежи.
Електроните могат да се обединят с катиони, тогава временно се образуват атоми, от които след това се откъсват електроните от смъркане. Този процес протича непрекъснато и без прекъсване. Оказва се, че в по-голямата част от металните атоми непрекъснато се трансформират в йони и обратно. В този случай малък брой обикновени електрони свързват голям брой метални атоми и йони. Но е важно броят на електроните в метала да е равен на общия заряд на положителните йони, тоест се оказва, че металът като цяло остава електрически неутрален.
Този процес е представен като модел – металните йони са в облак от електрони. Такъв електронен облак се нарича "електронен газ".

Например, на тази снимка виждаме как електроните се движат между неподвижните йони вътре в кристалната решетка на метала.

Ориз. 2. Електронно движение

За да разберем по-добре какво представлява Electron Gas и как се държи при химичните реакции на различни метали, нека гледаме интересно видео. (златото в това видео се нарича изключително цвят!)

Сега можем да запишем определението: метална връзка е връзка в метали между атоми и йони, образувана от социализацията на електрони.

Нека сравним всички видове връзки, които познаваме и да ги поправим, за да ги различим по-добре, за това ще гледаме видеото.

Металната връзка се среща не само в чистите метали, но също така е характерна за смеси от различни метали, сплави в различни агрегатни състояния.
Металната връзка е важна и определя основните свойства на металите
- електропроводимост - безпорядъчно движение на електрони в обема на метала. Но с малка потенциална разлика, така че електроните да се движат по подреден начин. Металите с най-добра проводимост са Ag, Cu, Au, Al.
- пластичност
Връзките между металните слоеве не са много значителни, това ви позволява да премествате слоевете под натоварване (деформирайте метала, без да го счупите). Най-добрите деформируеми метали (меки) Au, Ag, Cu.
- метален блясък
Електронният газ отразява почти всички светлинни лъчи. Ето защо чистите метали блестят толкова много и най-често са сиви или бели на цвят. Метали, които са най-добрите рефлектори Ag, Cu, Al, Pd, Hg

Домашна работа

Упражнение 1
Изберете формули на вещества, които имат
а) ковалентна полярна връзка: Cl2, KCl, NH3, O2, MgO, CCl4, SO2;
б) с йонна връзка: HCl, KBr, P4, H2S, Na2O, CO2, CaS.
Упражнение 2
Зачеркнете ненужното:
а) CuCl2, Al, MgS
б) N2, HCl, O2
в) Ca, CO2, Fe
г) MgCl2, NH3, H2

Метален натрий, метален литий и други алкални метали променят цвета на пламъка. Металният литий и неговите соли придават на огъня червен цвят, металният натрий и натриевите соли - жълт, металният калий и неговите соли - лилав, а рубидий и цезий - също лилав, но по-светъл.

Ориз. 4. Парче метален литий

Ориз. 5. Оцветяване на пламъка с метали

Литий (Li). Металният литий, подобно на натрия, принадлежи към алкалните метали. И двете се разтварят във вода. Натрият се разтваря във вода и образува сода каустик, много силна киселина. Когато алкалните метали се разтварят във вода, се отделя много топлина и газ (водород). Препоръчително е да не докосвате такива метали с ръце, тъй като можете да се изгорите.

Библиография

1. Урок по темата "Метална химическа връзка", учител по химия Тухта Валентина Анатолиевна МОУ "Есеновичска средно училище"
2. F. A. Derkach "Химия" - научно-методически наръчник. - Киев, 2008г.
3. Л. Б. Цветкова "Неорганична химия" - 2-ро издание, преработено и разширено. - Лвов, 2006.
4. В. В. Малиновски, П. Г. Нагорни "Неорганична химия" - Киев, 2009г.
5. Глинка Н.Л. обща химия... - 27-мо изд. / Под. изд. V.A. Рабинович. - Л .: Химия, 2008 .-- 704 с.

Редактирано и изпратено от A.V. Lisnyak

Работи върху урока:

Тухта В.А.

Lisnyak A.V.

Можете да повдигнете въпрос за съвременното образование, да изразите идея или да решите спешен проблем на Образователен форумкъдето образователен съвет за свежи мисли и действия се среща в международен план. Чрез създаване блог, химия 8 клас