Back to chapter

9.14:

Metaalbindingen

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
Bonding in Metals

Idiomas

COMPARTILHAR

Een metaalbinding is een binding tussen twee metaalatomen. In vergelijking met niet-metalen hebben metalen lage ionisatie-energieën, waardoor ze valentie-elektronen gemakkelijk kunnen verliezen. Dit geeft de metaalbinding onderscheidende eigenschappen in tegenstelling tot ionische en covalente bindingen.Metaalbindingen en de meeste van hun eigenschappen kunnen worden verklaard met behulp van het eenvoudige elektronenzee-model. Denk aan het metaal kalium. Vanwege de lage ionisatie-energie kan elk kaliumatoom gemakkelijk zijn valentie-elektron verliezen om een kation te worden.Deze kaliumkationen worden dicht opeengepakt vanwege hun aantrekkingskracht op de negatief geladen zee van elektronen. Deze elektronen zijn niet beperkt tot een enkel ion, maar zijn gelijkmatig verdeeld en relatief vrij om binnen het metaal te bewegen. Het elektronenzee-model verklaart verschillende belangrijke kenmerken van metalen.Wanneer bijvoorbeeld een spanningsverschil wordt toegepast op een metaaldraad, zoals koperdraad, bewegen de negatief geladen elektronen vrijelijk naar het positieve uiteinde van de draad en genereren ze een elektrische stroom. Dit is de reden waarom de meeste metalen uitstekende geleiders van elektriciteit zijn. Ionische verbindingen daarentegen zijn niet-geleiders van elektriciteit in hun vaste vorm, maar kunnen elektriciteit geleiden wanneer ze in water zijn opgelost.Dit komt doordat, in een kristallijne ionische binding, elektronen worden overgedragen van het metaal naar het niet-metaal, maar gelokaliseerd blijven op één ion. Wanneer ze echter in water worden opgelost, dissociëren de kationen en anionen en kunnen ze bewegen wanneer ze worden blootgesteld aan een potentiaalverschil, waardoor een elektrische stroom ontstaat. Metalen zijn ook uitstekende thermische geleiders.Volgens het elektronenzee-model, wanneer warmte wordt toegepast op het ene uiteinde van het metaal, bewegen de elektronen vrij en verspreiden ze de warmte snel door het metaal. Metalen kunnen gemakkelijk tot platen worden gestampt vanwege hun vervormbaarheid of tot draden vanwege de buigzaamheid-eigenschap. Omdat er geen gelokaliseerde bindingen in metalen zijn, kunnen de metaalatomen langs elkaar glijden waardoor ze gemakkelijk vervormd raken.Elektronen stromen vervolgens in de nieuwe vorm om de deformiteit op te vangen.

9.14:

Metaalbindingen

Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Drüde called the “Electron Sea Model”. 

Electron Sea Model

Most metal atoms do not possess enough valence electrons to enter into an ionic or covalent bonding. However, the valence electrons in metal atoms are loosely held due to their low electronegativity or attraction with the nucleus. The ionization energy of metal atoms (energy required to remove an electron from the atom) is low, facilitating the easy removal of valence electrons from the parent atom. The atom forms a positively charged metal ion, while the free outer electrons exist as negatively charged delocalized electron clouds. These electrons can be shared by multiple neighboring metal-cations through a strong, attractive force between these negatively and positively charged species. Such an attractive force between the negatively charged electrons and metal cations is called metallic bonds, holding the atoms together. This electron sea model accounts for most physical properties of metals such as conductance to heat and electricity, high melting and boiling points, malleability, and ductility.

Metallic Solids

The electron sea model accounts for several metallic properties, including high thermal and electrical conductivity, metallic luster, ductility, and malleability. The delocalized electrons can conduct both electricity and heat from one end of the metal to another with low resistance. The metallic bond is not between two specific metal atoms, but between metal ions and many delocalized electrons, allowing metals to deform under pressure and heat without shattering or breaking. Different metals, such as iron, mercury, or copper, differ in their physical properties, reflecting the difference in metallic bond strength among the metals.

Metallic solids such as crystals of copper, aluminum, and iron are formed by metal atoms: all exhibit high thermal and electrical conductivity, metallic luster, and malleability. Many are very hard and quite strong. Because of their malleability (the ability to deform under pressure or hammering), they do not shatter and, therefore, make useful construction materials. The melting points of the metals vary widely. Mercury is a liquid at room temperature, and the alkali metals melt below 200 °C. Several post-transition metals also have low melting points, whereas the transition metals melt at temperatures above 1000 °C. These differences reflect differences in the strength of metallic bonding among the metals.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.