Liaison métallique: mécanisme de formation. Liaison chimique métallique: exemples

Tous les produits chimiques actuellement connusles éléments situés dans le tableau périodique sont classiquement divisés en deux grands groupes: les métaux et les non-métaux. Pour qu'ils deviennent non seulement des éléments, mais des composés, des produits chimiques, pour interagir les uns avec les autres, ils doivent exister sous la forme de substances simples et complexes.

C'est pour cela que certains électrons tententaccepter et les autres donnent. En se reconstituant de cette manière, les éléments forment ainsi diverses molécules chimiques. Mais qu'est-ce qui les maintient ensemble? Pourquoi y a-t-il des substances d'une telle force que même les outils les plus sérieux ne peuvent pas détruire? D'autres, au contraire, sont détruits au moindre impact. Tout cela s'explique par la formation de divers types de liaisons chimiques entre les atomes de molécules, la formation d'un réseau cristallin d'une certaine structure.

Types de liaisons chimiques dans les composés

Au total, 4 types principaux de liaisons chimiques peuvent être distingués.

1. Covalent non polaire.Il se forme entre deux non-métaux identiques en raison de la socialisation des électrons, de la formation de paires d'électrons communes. Des particules de valence non appariées participent à sa formation. Exemples: halogènes, oxygène, hydrogène, azote, soufre, phosphore.
2. Polaire covalente.Il est formé entre deux non-métaux différents, ou entre un métal très faible en termes de propriétés et un non-métal à faible électronégativité. Il est également basé sur des paires d'électrons communes et leur traction vers lui-même par cet atome, dont l'affinité électronique est plus élevée. Exemples: NH_3, SiC, P₂Oh₅ et d'autres.
3. Liaison hydrogène.Le plus instable et le plus faible, il se forme entre un atome fortement électronégatif d'une molécule et un atome positif d'une autre. Le plus souvent, cela se produit lorsque des substances sont dissoutes dans l'eau (alcool, ammoniaque, etc.). En raison de cette connexion, des macromolécules de protéines, d'acides nucléiques, de glucides complexes, etc. peuvent exister.
4. Liaison ionique.Formé en raison des forces d'attraction électrostatique d'ions différemment chargés de métaux et de non-métaux. Plus la différence de cet indicateur est forte, plus la nature ionique de l'interaction est prononcée. Exemples de composés: sels binaires, composés complexes - bases, sels.
5. Une liaison métallique dont le mécanisme de formation, ainsi que ses propriétés, seront examinés plus en détail. Formé dans les métaux, leurs alliages de toutes sortes.

Il existe une telle chose que l'unité du produit chimiquela communication. Il dit simplement qu'il est impossible de considérer chaque liaison chimique comme une norme. Ce ne sont que des unités désignées de manière conventionnelle. En effet, toutes les interactions sont basées sur un seul principe - l'interaction électron-statique. Par conséquent, les liaisons ioniques, métalliques, covalentes et hydrogène ont la même nature chimique et ne sont que des cas limites les unes des autres.

Les métaux et leurs propriétés physiques

Les métaux sont majoritairement parmitous les éléments chimiques. Cela est dû à leurs propriétés spéciales. Une partie importante d'entre eux a été obtenue par l'homme par des réactions nucléaires dans des conditions de laboratoire; ils sont radioactifs avec une demi-vie courte.

Cependant, la plupart sont des éléments naturels,qui forment des roches entières et des minerais, font partie des composés les plus importants. C'est grâce à eux que les gens ont appris à couler des alliages et à fabriquer beaucoup de produits beaux et importants. Ceux-ci sont tels que le cuivre, le fer, l'aluminium, l'argent, l'or, le chrome, le manganèse, le nickel, le zinc, le plomb et bien d'autres.

Pour tous les métaux, on peut distinguer les propriétés physiques générales, qui sont expliquées par le schéma de formation d'une liaison métallique. Quelles sont ces propriétés?

1. Malléabilité et ductilité.On sait que de nombreux métaux peuvent être laminés même à l'état d'une feuille (or, aluminium). A partir d'autres, on obtient du fil, des feuilles métalliques flexibles, des produits qui peuvent se déformer sous un impact physique, mais qui retrouvent immédiatement leur forme après leur arrêt. Ce sont ces qualités de métaux que l'on appelle ductilité et ductilité. La raison de cette caractéristique est le type de connexion métallique. Ions et électrons dans une lame de cristal les uns par rapport aux autres sans rupture, ce qui permet de maintenir l'intégrité de l'ensemble de la structure.
2. Lustre métallique.Cela explique également la liaison métallique, le mécanisme de formation, ses caractéristiques et ses caractéristiques. Ainsi, toutes les particules ne sont pas capables d'absorber ou de réfléchir des ondes lumineuses de même longueur. Les atomes de la plupart des métaux réfléchissent les rayons à ondes courtes et acquièrent presque la même couleur d'une teinte bleuâtre argentée, blanche et pâle. Les exceptions sont le cuivre et l'or, leurs couleurs sont respectivement rouge-rouge et jaune. Ils sont capables de réfléchir un rayonnement de plus grande longueur d'onde.
3. Chaleur et conductivité électrique.Ces propriétés s'expliquent également par la structure du réseau cristallin et par le fait qu'un type de liaison métallique est réalisé lors de sa formation. En raison du "gaz d'électrons" se déplaçant à l'intérieur du cristal, le courant électrique et la chaleur sont instantanément et uniformément répartis entre tous les atomes et ions et transportés à travers le métal.
4. État solide d'agrégation dans des conditions normales.Ici, la seule exception est le mercure. Tous les autres métaux sont nécessairement des composés solides et solides, ainsi que leurs alliages. C'est aussi le résultat de la présence d'une liaison métallique dans les métaux. Le mécanisme de formation de ce type de liaison de particules confirme pleinement les propriétés.

Voici les principales caractéristiques physiques demétaux, qui est expliqué et déterminé par le schéma de formation d'une liaison métallique. Cette méthode de jonction des atomes est pertinente précisément pour les éléments de métaux, leurs alliages. Autrement dit, pour eux à l'état solide et liquide.

Type métallique de liaison chimique

Quelle est sa particularité?Le fait est qu'une telle liaison n'est pas formée en raison d'ions chargés différemment et de leur attraction électrostatique et non en raison de la différence d'électronégativité et de la présence de paires d'électrons libres. C'est-à-dire que les liaisons ioniques, métalliques et covalentes ont une nature légèrement différente et des caractéristiques distinctives des particules liées.

Tous les métaux ont des caractéristiques telles que:

• un petit nombre d'électrons au niveau d'énergie externe (sauf quelques exceptions, qui peuvent avoir 6,7 et 8);
• grand rayon atomique;
• faible énergie d'ionisation.

Tout cela contribue à la séparation facile desélectrons non appariés du noyau. Dans ce cas, l'atome a beaucoup d'orbitales libres. Le schéma de formation d'une liaison métallique montrera simplement le chevauchement de nombreuses cellules orbitales d'atomes différents les unes avec les autres, qui, en conséquence, forment un espace intracristallin commun. Les électrons de chaque atome y sont introduits, qui commencent à errer librement dans différentes parties du réseau. Périodiquement, chacun d'eux se fixe à un ion sur un site cristallin et le transforme en atome, puis se détache à nouveau, formant un ion.

Donc le lien métallique est le lienentre les atomes, les ions et les électrons libres dans un cristal métallique commun. Un nuage d'électrons se déplaçant librement dans une structure est appelé un «gaz d'électrons». C'est lui qui explique la plupart des propriétés physiques des métaux et de leurs alliages.

Comment concrètement le métalliaison chimique? Il existe différents exemples. Essayons de considérer un morceau de lithium. Même si vous le prenez de la taille d'un pois, il y aura des milliers d'atomes. Imaginons donc que chacun de ces milliers d'atomes donne son seul électron de valence à l'espace cristallin commun. De plus, connaissant la structure électronique d'un élément donné, vous pouvez voir le nombre d'orbitales vides. Le lithium en aura 3 (orbitales p du deuxième niveau d'énergie). Trois pour chaque atome sur des dizaines de milliers - c'est l'espace commun à l'intérieur du cristal, dans lequel le «gaz d'électrons» se déplace librement.

Une substance avec une liaison métallique est toujours forte.Après tout, le gaz d'électrons ne permet pas au cristal de s'effondrer, mais ne fait que déplacer les couches et les restaure immédiatement. Il brille, présente une certaine densité (le plus souvent élevée), une fusibilité, une malléabilité et une ductilité.

Où d'autre la liaison métallique est-elle réalisée? Exemples de substances:

• métaux sous forme de structures simples;
• tous les alliages métalliques entre eux;
• tous les métaux et leurs alliages à l'état liquide et solide.

Il y a juste une quantité incroyable d'exemples concrets, car il y a plus de 80 métaux dans le système périodique!

Liaison métallique: le mécanisme de formation

Si nous considérons cela en termes généraux, alors le principalmoments que nous avons déjà indiqués ci-dessus. La présence d'orbitales atomiques libres et d'électrons facilement détachés du noyau en raison de la faible énergie d'ionisation sont les principales conditions de formation de ce type de liaison. Ainsi, il s'avère qu'il est réalisé entre les particules suivantes:

• atomes dans les nœuds du réseau cristallin;
• les électrons libres, qui étaient valence dans le métal;
• ions aux sites du réseau cristallin.

Le résultat est une liaison métallique. Le mécanisme de formation en général est exprimé par la notation suivante: Me⁰ - e^- ↔ Moi^{n +}... Le diagramme montre clairement quelles particules sont présentes dans le cristal métallique.

Les cristaux eux-mêmes peuvent avoir différentes formes. Cela dépend de la substance spécifique dont nous traitons.

Types de cristaux métalliques

Cette structure du métal ou de son alliagecaractérisé par un tassement très dense de particules. Il est fourni par des ions dans les nœuds du cristal. Les treillis eux-mêmes peuvent être de différentes formes géométriques dans l'espace.

1. Réseau cubique centré sur le corps - métaux alcalins.
2. Structure compacte hexagonale - tous alcalino-terreux sauf le baryum.
3. Cubique centré sur la face - aluminium, cuivre, zinc, de nombreux métaux de transition.
4. La structure rhomboédrique se trouve dans le mercure.
5. Tétragonal - indium.

Plus le métal est lourd et plus il est situé bassystème périodique, plus son emballage et l'organisation spatiale du cristal sont difficiles. Dans ce cas, une liaison chimique métallique, dont des exemples peuvent être cités pour chaque métal existant, est déterminante dans la construction d'un cristal. Les alliages ont une organisation très diversifiée dans l'espace, certains d'entre eux ne sont pas encore entièrement compris.

Caractéristiques de communication: non directionnelle

Les liaisons covalentes et métalliques ont uneun trait distinctif très prononcé. Contrairement au premier, la liaison métallique n'est pas directionnelle. Qu'est-ce que ça veut dire? Autrement dit, le nuage d'électrons à l'intérieur du cristal se déplace complètement librement dans ses limites dans différentes directions, chacun des électrons est capable de se fixer à absolument n'importe quel ion dans les nœuds de la structure. Autrement dit, l'interaction est effectuée dans différentes directions. On dit donc que la liaison métallique est non directionnelle.

Le mécanisme de liaison covalente impliquela formation de paires d'électrons communes, c'est-à-dire de nuages ​​d'atomes qui se chevauchent. De plus, il se déroule strictement le long d'une certaine ligne reliant leurs centres. Par conséquent, ils parlent de la direction d'une telle connexion.

Saturabilité

Cette caractéristique reflète la capacité des atomesà une interaction limitée ou illimitée avec les autres. Ainsi, les liaisons covalentes et métalliques dans cet indicateur sont à nouveau opposées.

Le premier est saturable.Les atomes participant à sa formation ont un nombre strictement défini d'électrons externes de valence qui sont directement impliqués dans la formation du composé. Plus qu'il n'en a, il n'aura pas d'électrons. Par conséquent, le nombre de liaisons formées est limité par la valence. D'où la saturation de la connexion. En raison de cette caractéristique, la plupart des composés ont une composition chimique constante.

Les liaisons métalliques et hydrogène, d'autre part,insaturé. Cela est dû à la présence de nombreux électrons libres et orbitales à l'intérieur du cristal. En outre, les ions jouent un rôle sur les sites du réseau cristallin, dont chacun peut devenir un atome et à nouveau un ion à tout moment.

Une autre caractéristique d'une liaison métallique estdélocalisation du nuage d'électrons interne. Il se manifeste par la capacité d'un petit nombre d'électrons communs à lier ensemble de nombreux noyaux atomiques de métaux. Autrement dit, la densité est en quelque sorte délocalisée, répartie uniformément entre tous les maillons du cristal.

Exemples de formation de liaisons dans les métaux

Considérez quelques options spécifiques qui illustrent la formation d'une liaison métallique. Des exemples de substances sont les suivants:

• le zinc;
• aluminium
• potassium;
• chrome.

Formation d'une liaison métallique entre les atomes de zinc: Zn⁰ - 2e^- ↔ Zn²⁺... L'atome de zinc a quatre niveaux d'énergie. Orbitales libres, basées sur la structure électronique, il a 15 - 3 sur l'orbitale p, 5 sur 4 d et 7 sur 4f. La structure électronique est la suivante: 1s²2 s²2p⁶3 s²3p⁶4 s²3d¹⁰4p⁰4j⁰4f⁰ , il y a 30 électrons dans l'atome.Autrement dit, deux particules négatives à valence libre sont capables de se déplacer dans 15 orbitales spacieuses et inoccupées. Et il en est de même pour chaque atome. En conséquence - un immense espace commun, composé d'orbitales vides et d'un petit nombre d'électrons, reliant l'ensemble de la structure.

Liaison métallique entre les atomes d'aluminium: AL⁰ - e^- ↔ AL³⁺ ... Les treize électrons de l'atome d'aluminium sont situés sur trois niveaux d'énergie, ce qui leur suffit clairement en abondance. Structure électronique: 1s²2 s²2p⁶3 s²3p¹3d⁰... Orbitales gratuites - 7 pièces. De toute évidence, le nuage d'électrons sera petit par rapport à l'espace libre interne total dans le cristal.

Liaison métal chrome. Cet élément est spécial dans sa structure électronique. En effet, pour stabiliser le système, un électron passe de 4s à 3d orbitale: 1s²2 s²2p⁶3 s²3p⁶4 s¹3d⁵4p⁰4j⁰4f⁰... Un total de 24 électrons, dont la valenceil en s'avère six. Ce sont eux qui entrent dans l'espace électronique commun pour la formation d'une liaison chimique. Il y a 15 orbitales libres, ce qui est encore beaucoup plus qu'il n'en faut pour se remplir. Par conséquent, le chrome est également un exemple typique de métal avec une liaison correspondante dans la molécule.

L'un des métaux les plus actifs qui réagissentmême avec de l'eau ordinaire avec du feu, le potassium l'est. Qu'est-ce qui explique ces propriétés? Encore une fois, à bien des égards, il s'agit d'un type de connexion métallique. Cet élément n'a que 19 électrons, mais ils sont situés à 4 niveaux d'énergie. Autrement dit, dans 30 orbitales de différents sous-niveaux. Structure électronique: 1s²2 s²2p⁶3 s²3p⁶4 s¹3d⁰4p⁰4j⁰4f⁰... Seulement deux électrons de valence, avec un très faibleénergie d'ionisation. Sortez librement et entrez dans un espace électronique commun. Il y a 22 orbitales pour déplacer un atome, c'est-à-dire un très grand espace libre pour le "gaz d'électrons".

Similitudes et différences avec d'autres types de relations

En général, cette question a déjà été abordée ci-dessus. On ne peut que généraliser et tirer une conclusion. Les principales caractéristiques distinctives des cristaux métalliques de tous les autres types de communication sont:

• plusieurs types de particules qui participent au processus de liaison (atomes, ions ou atomes-ions, électrons);
• structure géométrique spatiale différente des cristaux.

Hydrogène et métal lié ioniquecombine désaturation et non-directivité. Avec une forte attraction électrostatique polaire covalente entre les particules. Séparément d'ionique - le type de particules dans les nœuds du réseau cristallin (ions). Avec des atomes non polaires covalents dans les nœuds du cristal.

Types d'obligations dans les métaux de différents états agrégés

Comme nous l'avons noté ci-dessus, la liaison chimique métallique, dont des exemples sont donnés dans l'article, est formée dans deux états d'agrégation des métaux et de leurs alliages: solide et liquide.

La question se pose:quel est le type de liaison dans les vapeurs métalliques? Réponse: polaire covalente et non polaire. Comme pour tous les composés sous forme de gaz. C'est-à-dire qu'avec un chauffage prolongé du métal et son transfert d'un état solide à un état liquide, les liaisons ne sont pas rompues et la structure cristalline est préservée. Cependant, lorsqu'il s'agit de transférer un liquide à un état de vapeur, le cristal est détruit et la liaison métallique est convertie en une liaison covalente.