Виды металлических связей: характеристики, свойства, примеры
Металлическая связь — это взаимовлияние атомов кристалла и положительно заряженных ионов с обобществленными электронами проводимости, беспорядочно перемещающимися внутри решетки. Наблюдается в твердых веществах, металлах, сплавах и других соединениях.
Механизм металлической связи
Большая часть таких веществ обладает одинаковыми физическими свойствами, отличающимися от любых других, простых или сложных характерным внешним видом (блеск), электропроводностью, возможностью рассеивать свет. В них образуется характерный, оригинальный вид связи. Она может формироваться в кристаллической форме вещества, расплавленном виде или в аморфном состоянии.
Процесс взаимодействия предопределен способностью атомов отпускать часть внешних электронов в общее пользование, а сами они превращаются в катионы. Образовавшееся так называемое электронное облако легко движется по всему пространству, контактируя с положительными ионами. Подобная реакция называется металлической связью и обуславливает проводимость электрического тока.
Тип химической связи определяют по тому, какие элементы принимают в ней участие. Например, когда происходит контакт двух металлов, то образуется металлическая связь. Когда один из них неметалл — это ионная связь, два неметалла — ковалентная. В свою очередь ковалентная может быть полярной — тогда ее молекула состоит из частиц разных элементов, при неполярной — из одного.
Кристаллические решетки
В отличие от жидкостей и газов, твердые вещества обладают определенной формой, объемом, так как их частицы не могут легко двигаться относительно друг друга. По своему внутреннему строению в большинстве случаев это кристаллы. Очень редко — аморфное тело. Первые имеют правильно организованную, четкую геометрическую решетку.
Твердые тела с металлической связью создают решетки, состоящие из атомов и независимо передвигающихся электронов. Такие кристаллические структуры делятся на три вида:
- Кубическая центрированная решетка — атомы сосредоточены в верхних углах сторон куба, а один находится в ее центре. В качестве примера можно обозначить такие элементы, как натрий (Na), барий (Ba), калий (K), литий (Li) и другие.
- Гранецентрированная кубическая характеризуется тем, что частицы в ней расположены еще и в центре всех граней. Такую решетку имеют стронций (St), золото (Au), никель (Ni), медь (Cu), платина (Pt), много других элементов.
- Шестиугольная гранецентрированная решетка — частицы находятся на углах, в центрах оснований призмы, а три располагаются в ее средней плоскости. Подобный вид размещения имеют следующие элементы: магний (Mg), бериллий (Be), кадмий (Cd), осмий (Os).
Валентные электроны обеспечены незначительной ионной энергией. Они с трудом удерживаются в атоме, передвигаются не только по своих орбиталях, но и по свободным. Подобное образование металлических соединений делокализовано. Частицы обобщаются, перемещаются вдоль электрически нейтральных частиц, между ионов, имеющих положительный заряд. Их поток внутри кристалла объясняет недостаток направленности и ненасыщенность подобных связей.
Физические свойства
В результате присутствия беспрепятственно передвигающихся электронов твердые вещества приобретают некоторые общие признаки: блеск, электропроводность. Другие показатели физических свойств:
- плотность;
- прочность;
- выносливость;
- теплопроводность;
- цвет.
Под действием высокой температуры частично снижается электропроводность. Низкие показатели, напротив, повышают проводимость электрического тока. Такие свойства с успехом используются при производстве сверхпроводников.
Также они обладают пластичностью, легко свариваются, но имеют разную температуру плавления. Их можно ковать, раскатывать в листы, вытягивать в проволоку. Подобные качества характеризуют «металлическое состояние вещества». Такими признаками наделены около 75% элементов в таблице Менделеева.
Сплавы образуются в процессе воздействия на простые вещества. Состоят из двух и более элементов. Соответственно количеству, они бывают двух-, трех- и многокомпонентные. Тот компонент, который имеет наибольший процент содержания, является основным. Другие (легирующие) добавляют для придания комбинации определенных качеств.
Сплав сохраняет характерные металлические свойства. Благодаря вводимым компонентам повышается его твердость и жаропрочность, увеличивается срок износостойкости. Отличается от чистого металла некоторой зернистостью, низкой гладкостью поверхности, цветом.
Чем отличается от ионной связи
Отличительная черта подобного взаимодействия — обязательное присутствие металла и неметалла. В химическом соединении, как ионном, так и металлическом, участвуют катионы. При ионной взаимосвязи происходит контакт между катионами и анионами. Металлическая связь не имеет анионов, но есть электроны, которые свободно перемещаются между атомами и связываются с ними.
В отличие от ковалентной связи, металлическая ненасыщаемая и ненаправленная. Она объединяет большое число атомов. Электронные орбитали имеют форму сферы. Их перекрытие не зависит от направлений, по которым они сближаются, но обусловлено расстоянием между ними.
Металлическая связь отличается особым расположением частиц. Благодаря этому явлению металл наделен множеством положительных качеств. Применим во многих сферах человеческой жизни. Металлопрокат используется в сельском хозяйстве, машиностроении, аэрокосмической, строительной отрасли, а также в производстве бытовой техники, пищевого, медицинского оборудования и инструментов.
А знаете ли вы что-то еще о металлической связи? Оставьте комментарий к статье, закрепите ее в закладках.