Kovinska vez: mehanizem izobraževanja. Kovinske kemične vezi: primeri

Vsi znani kemični elementi, ki se nahajajo v periodični tabeli, so pogojno razdeljeni v dve veliki skupini: kovine in nekovine. Da bi postali ne le elementi, temveč spojine, kemikalije, lahko komunicirajo drug z drugim, morajo obstajati v obliki preprostih in zapletenih snovi.

V ta namen nekateri elektroni poskušajo sprejeti, drugi pa dati. Medsebojno zamenjamo na ta način, elementi tvorijo različne kemične molekule. Kaj pa jim omogoča, da ostanejo skupaj? Zakaj obstajajo snovi takšne moči, ki jih ni mogoče uničiti tudi z najresnejšimi orodji? In drugi, nasprotno, uničijo z najmanjšim vplivom. Vse to se razloži z oblikovanjem različnih tipov kemična vez med atomi v molekulah, nastajanje kristalne rešetke določene strukture.

Vrste kemičnih vezi v spojinah

Skupaj je 4 glavne vrste kemičnih vezi.

1. Kovalenten nepolar. Nastane med dvema enakima nemetaloma zaradi socializacije elektrona, nastajanja skupnih elektronskih parov. Valencijski neobdelani delci sodelujejo pri njegovem nastanku. Primeri: halogeni, kisik, vodik, dušik, žveplo, fosfor.
2. Kovalenten polar. Nastane je med dvema različnima nekovinoma ali med kovino, ki je zelo slaba v lastnostih in neelektrično šibko v elektronegativnosti. V jedru so tudi skupni elektronski paroji in njihovi vleki s seboj s tem atomom, katerega afiniteto do elektronov je višje. Primeri: NH_3, SiC, P₂O₅ in drugi.
3. Vodikova vez. Najbolj nestabilen in šibek, nastaja med močno elektronegativnim atomom ene molekule in pozitivnim. Najpogosteje se to zgodi, ko se snovi raztopijo v vodi (alkohol, amoniak in tako naprej). Zahvaljujoč takšni povezavi lahko obstajajo makromolekule beljakovin, nukleinskih kislin, kompleksnih ogljikovih hidratov in tako naprej.
4. Ionska vez. Nastanejo zaradi sile elektrostatične privlačnosti različnih zaračunanih kovinskih ionov in nekovin. Čim večja je razlika v tem kazalcu, bolj izrazit je ionski značaj interakcije. Primeri spojin: binarne soli, kompleksne spojine - baze, soli.
5. Kovinska vez, mehanizem tvorbe katerega, kot tudi lastnosti, se bo obravnaval še naprej. Nastane je v kovinah, njihovih zlitinah različnih vrst.

Obstaja taka stvar kot enotnost kemične vezi. Pravkar pravi, da je nemogoče obravnavati vsako kemično vez kot referenco. Vse so pogojno določene enote. Navsezadnje je osnova vseh interakcij enotno načelo - elektronsko-statična interakcija. Zato so ionske, kovinske, kovalentne vezi in vodikove vezi ene same kemijske narave in so le mejni primeri drug drugega.

Kovine in njihove fizikalne lastnosti

Kovine so v veliki večini vseh kemičnih elementov. To je posledica njihovih posebnih lastnosti. Precejšen del teh snovi je dobil človek v jedrskih reakcijah v laboratoriju, radioaktivni so s kratkim razpolovnim časom.

Vendar pa je večina naravnih elementov, ki tvorijo celotne kamnine in rude, so del najpomembnejših spojin. Iz njih so se ljudje naučili, da dajo zlitine in naredijo veliko lepih in pomembnih izdelkov. Te so kot so baker, železo, aluminij, srebro, zlato, krom, mangan, nikelj, cink, svinec in mnogi drugi.

Za vse kovine je mogoče razlikovati splošne fizikalne lastnosti, kar pojasnjuje shemo za tvorbo kovinske vezi. Kakšne so te lastnosti?

1. Kovkost in plastičnost. Znano je, da je veliko kovin mogoče zviti tudi v stanje folije (zlato, aluminij). Med ostalimi so pridobljene žice, kovinske prožne pločevine, izdelki, ki so sposobni deformirati pod fizičnim vplivom, vendar pa takoj pridobijo obliko po ustavitvi. Te lastnosti kovin, ki se imenujejo kovičenje in plastičnost. Razlog za to funkcijo je kovinska vrsta povezave. Joji in elektroni v kristalni stekleni relativno drug drugemu brez zloma, kar omogoča ohranjanje integritete celotne strukture.
2. Kovinski sijaj. To tudi pojasnjuje kovinsko vez, mehanizem izobraževanja, njegove značilnosti in značilnosti. Tako vsi delci ne morejo absorbirati ali odsevati svetlobnih valov enake dolžine. Atomi večine kovin odražajo kratkovalovne žarke in pridobijo skoraj enako barvo srebro, belo, svetlo modro odtenek. Izjeme so baker in zlato, njihova barva je rdečkasto rdeča in rumena. So sposobni odražati daljše valovne dolžine sevanja.
3. Toplotna in električna prevodnost. Te lastnosti so razložene tudi s strukturo kristalne rešetke in dejstvom, da se pri njeni nastanku uresničuje kovinska vrsta vez. Zaradi "elektronskega plina", ki se giblje znotraj kristala, sta električni tok in toplota takoj in enakomerno razporejena med vsemi atomi in ioni ter se vodijo skozi kovine.
4. Trdno stanje pod normalnimi pogoji. Tukaj je edina izjema živo srebro. Vse druge kovine so nujno trdne, trdne spojine, pa tudi njihove zlitine. To je tudi posledica prisotnosti kovinskih vezi v kovinah. Mehanizem tvorbe te vrste vezave delcev popolnoma potrjuje lastnosti.

To so glavne fizikalne lastnosti kovin, kar pojasnjuje in natančno določa shemo za tvorbo kovinske vezi. Tak način združevanja atomov kovinskih elementov in njihovih zlitin je dejanski. To je za njih v trdnem in tekočem stanju.

Kovinski tip kemične vezi

Kakšna je njegova posebnost? Stvar je v tem, da se takšna povezava ne oblikuje na račun različno nabitih ionov in njihove elektrostatične privlačnosti, ne pa na račun razlike v elektronegativnosti in prisotnosti prostih elektronskih parov. To pomeni, da ima ionska, kovinska, kovalentna vez nekoliko drugačna narava in značilne lastnosti vezanih delcev.

Za vse kovine so značilne naslednje značilnosti:

• majhno število elektronov na zunanja raven energije (razen nekaterih izjem, v katerih so lahko 6,7 in 8);
• velik atomski polmer;
• nizka energija ionizacije.

Vse to prispeva k enostavni ločitvi zunanjih nepoškodovanih elektronov iz jedra. V atomu je veliko prostih orbitalov. Shema za oblikovanje kovinske vezi bo samo pokazala prekrivanja številnih orbitalnih celic različnih atomov med seboj, kar posledično tvorijo skupni vmesni kristalični prostor. Elektroni iz vsakega atoma se vanj napolnijo, ki se začnejo prosto gibati okoli različnih delov rešetke. Občasno se vsak od njih priključi ionu na mestu kristala in ga pretvori v atom, nato pa se ponovno odkloni in tvori ion.

Tako je kovinska vez vez med atomoma, ioni in prostimi elektroni v splošnem kovinskem kristalu. Elektronski oblak, ki se prosto giblje znotraj strukture, se imenuje "elektronski plin". Pojasnjujejo večino fizične lastnosti kovine in njihove zlitine.

Kako natančno deluje kovinska kemična vezava? Primeri so lahko različni. Poskusimo pogledati kos litija. Tudi če ga vzamete v velikosti graha, bo na tisoče atomov. Predstavljamo si, da vsak od teh tisoč atomov daje svoj valenčni en sam elektron v skupni kristalni prostor. Istočasno, če poznate elektronsko strukturo tega elementa, lahko vidite število praznih orbitalsov. V litiju bo 3 (p-orbitals druge stopnje energije). Tri vsak atom deset tisoč - to je skupni prostor znotraj kristala, kjer je "elektronski plin" prosto premika.

Snov s kovinsko vezjo je vedno močna. Konec koncev, elektronski plin ne dopušča, da bi se kristal razkrojil, ampak le premakne plasti in jih nato obnovi. Sijaj, ima določeno gostoto (najpogosteje visoko), smodljivost, duktilnost in plastičnost.

Kje drugje je kovina vezana? Primeri snovi:

• kovine v obliki preprostih struktur;
• vse kovinske zlitine med seboj;
• vse kovine in njihove zlitine v tekočem in trdnem stanju.

Posebne primere lahko dobimo preprosto neverjetno količino, saj so kovine v periodičnem sistemu več kot 80!

Kovinska vez: mehanizem izobraževanja

Če to upoštevamo v svoji splošni obliki, smo že opisali glavne točke zgoraj. Prisotnost prostega atomske orbitale in elektroni, ki so zaradi nizke ionizacijske energije zlahka ločeni od jedra, so glavni pogoji za nastanek te vrste povezave. Tako se izkaže, da se uresniči med naslednjimi delci:

• atomi na rešetnih mestih;
• prosti elektroni, ki so bili valenčne kovine;
• ionov na mestih kristalne rešetke.

Kot rezultat - kovinske povezave. Mehanizem izobraževanja v splošni obliki je izražen z naslednjim vnosom: Me⁰ - e^- Harr- Me^{n +}. Iz diagrama je očitno, kateri delci so prisotni v kristalu kovine.

Kristali imajo lahko različne oblike. Odvisno je od specifične snovi, s katero se ukvarjamo.

Vrste kovinskih kristalov

Za to strukturo kovin ali njene zlitine je značilno zelo gosto pakiranje delcev. Zagotavljajo jo ion na kristalnih mestih. Sama rešetka lahko ima različne geometrijske oblike v vesolju.

1. Kubična mrežica, osredotočena na telo, so alkalne kovine.
2. Šestokotna kompaktna struktura je alkalna zemlja, razen barija.
3. Face centric kubični - aluminij, baker, cink, veliko prehodnih kovin.
4. Rhombohedral struktura je v živo.
5. Tetragonal je indij.

Than težja kovina in nižje je v periodičnem sistemu, bolj zapletena je njegova embalaža in prostorska organizacija kristala. V tem primeru je kovinska kemična vez, ki je primerna za vsako obstoječo kovino, bistvena za konstrukcijo kristala. Zlitine imajo zelo raznolike organizacije v vesolju, nekatere pa še niso bile popolnoma raziskane.

Značilnosti komunikacije: neusmerljivost

Kovalentne in kovinske vezi imajo eno zelo značilno lastnost. Za razliko od prvega, kovinska vez ni usmerjena. Kaj to pomeni? To pomeni, da elektron oblak znotraj kristala premika čisto prosto v njem v različnih smereh, vsaka od elektrona lahko popolnoma se priključi ion v strukturi vozlišč. To pomeni, da interakcija poteka v različnih smereh. Zato pravijo, da je kovinska vezica neusmerna.

Mehanizem kovalentne vezi implicira nastanek skupnih elektronskih parov, to je oblakov prekrivajočih se atomov. In to se zgodi v skladu z določeno linijo, ki povezuje njihove centre. Zato govorimo o smeri takšne povezave.

Nasičenost

Ta značilnost odraža sposobnost atomov, da imajo omejeno ali neomejeno interakcijo z drugimi. Tako so kovalentne in kovinske vezi v tem indikatorju spet nasprotne.

Prvi je zasičen. Atomi, ki sodelujejo pri njegovem nastanku, imajo strogo določeno število valenčnih zunanjih elektronov, ki neposredno sodelujejo pri nastanku spojine. Več kot je, ne bo imel elektronov. Zato je število oblikovanih vezi omejeno z valenco. Zato je nasičenost vezi. Zaradi te lastnosti ima večina spojin stalno kemijsko sestavo.

Kovinske in vodikove vezi so, nasprotno, nenasičene. To je razloženo s prisotnostjo številnih prostih elektronov in orbitalov znotraj kristala. Tudi vloge igrajo ioni na rešetnih mestih, od katerih lahko vsak kadarkoli postane atom in spet ion.

Druga značilnost kovinske vezi je delokalizacija notranjega elektronskega oblaka. Manifestira se v sposobnosti majhnega števila skupnih elektronov, da vežejo številna atomska jedra kovin. To pomeni, da je gostota delokalizirana, enakomerno porazdeljena med vse povezave kristala.

Primeri oblikovanja vezi v kovinah

Razmislimo o več specifičnih možnostih, ki ponazarjajo, kako se tvori kovinska vez. Primeri snovi so:

• cink;
• aluminij;
• kalij;
• krom.

Oblikovanje kovinske vezi med atomi cinka: Zn⁰ - 2e^- harr-Zn²⁺. Cink atom ima štiri ravni energije. Prosti orbitali, ki temeljijo na elektronski strukturi, ima na p-orbitalih 15 - 3, 5 na 4 d in 7 na 4f. Elektronska struktura je naslednja: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁰4d⁰4f⁰ , skupaj v atomu 30 elektronov. To pomeni, da sta dva prosta valenca negativna delca sposobna premikati v 15 prostornih in neokrnjenih orbitalih. In tako na vsakem atomu. Posledica tega je ogromen skupni prostor, sestavljen iz praznih orbitalov, in majhno število elektronov, ki povezujejo celotno strukturo skupaj.

Kovinska vez med aluminijevimi atomi: AL⁰ - e^- harr-AL³⁺ . Trinajst elektronov aluminijastega atoma se nahajajo na treh nivojih energije, ki jih očitno imajo dovolj za polnjenje. Elektronska struktura: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹3d⁰. Prosti orbitali - 7 kosov. Očitno je, da bo elektronski oblak majhen v primerjavi s splošnim notranjim prostim prostorom v kristalu.

Kovinska vez kroma. Ta element je poseben v svoji elektronski strukturi. Navsezadnje, da stabiliziramo sistem, gre za okvare elektrona od 4s do 3d orbital: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵4p⁰4d⁰4f⁰. Skupaj je 24 elektronov, od tega šest proizvedenih. In oni, ki gredo v skupni elektronski prostor za oblikovanje kemičnih vezi. Prosti orbitali 15, kar je še veliko več, kot je potrebno za polnjenje. Zato je krom tudi tipičen primer kovine z ustrezno vezjo v molekuli.

Ena izmed najbolj aktivnih kovin, ki reagira tudi z navadno vodo z vžigom, je kalij. Kaj pojasnjuje te lastnosti? Tudi na več načinov - kovinska vrsta povezave. V tem elementu je samo 19 elektronov, vendar se nahajajo na štirih nivojih energije. To pomeni, na 30 orbitals različnih podrazredov. Elektronska struktura: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁰4p⁰4d⁰4f⁰. Samo dva valenčni elektroni, z zelo nizko ionizacijsko energijo. Prosto odmori in pojdite v skupni elektronski prostor. Orbital premakne en atom 22 kosov, to je zelo velik prosti prostor za "elektronski plin".

Podobnost in razlika z drugimi vrstami povezav

Na splošno je to vprašanje že obravnavano zgoraj. Lahko samo posplošimo in sklepamo. Glavne značilnosti vseh drugih vrst komunikacijskih značilnosti kovinskih kristalov so:

• več vrst delcev, vključenih v postopek vezave (atomi, ioni ali atomski ioni, elektroni);
• različne prostorske geometrijske strukture kristalov.

Z vodikom in ionsko vezjo kovina združuje nenasičenost in ne-smernost. S kovalentno polarno močno elektrostatično privlačnost med delci. Ločeno z ionsko - vrsto delcev v vozliščih kristalne rešetke (ioni). S kovalentnimi nepolarnimi atomi v vozliščih kristala.

Vrste obveznic v kovinah različnih agregatnih stanj

Kot smo omenili zgoraj, kovinski kemijska vez, katerih primeri so podani v članku, ki je tvorjena v dveh stanj agregacije kovin in njihovih zlitin: trdne in tekoče.

Pojavlja se vprašanje: kakšna je vrsta vezi v kovinskih hlapih? Odgovor: kovalentni polarni in nepolarni. Kot pri vseh spojinah v obliki plina. To pomeni, da se kovinska kislina dolgo časa segreva in prenese iz trdnega stanja v tekočo vez, ohranja kristalna struktura. Ko pa gre za prenos tekočine v stanje hlapov, se kristal uniči in kovinska veza pretvorijo v kovalentno.