Príklady chemických väzieb kovov. Chemická väzba kovov. Kompletné lekcie - Vedomostný hypermarket. Otázky a úlohy

Kovové spojenie. Vlastnosti kovovej väzby.

Kovová väzba je chemická väzba spôsobená prítomnosťou relatívne voľných elektrónov. Charakteristické pre čisté kovy a ich zliatiny a intermetalické zlúčeniny.

Kovový spojovací mechanizmus

Pozitívne kovové ióny sa nachádzajú vo všetkých uzloch kryštálovej mriežky. Medzi nimi sa valenčné elektróny pohybujú náhodne, podobne ako molekuly plynu, oddelené od atómov pri tvorbe iónov. Tieto elektróny pôsobia ako cement a držia kladné ióny pohromade; inak by sa mriežka vplyvom odpudivých síl medzi iónmi rozpadla. Elektróny sú zároveň držané iónmi v kryštálovej mriežke a nemôžu ju opustiť. Spojovacie sily nie sú lokalizované ani usmernené. Z tohto dôvodu sa vo väčšine prípadov objavujú vysoké koordinačné čísla (napríklad 12 alebo 8). Keď sa dva atómy kovu priblížia k sebe, orbitály v ich vonkajších obaloch sa prekrývajú a vytvárajú molekulárne orbitály. Ak sa približuje tretí atóm, jeho orbitál sa prekrýva s orbitálmi prvých dvoch atómov, čo vedie k ďalšiemu molekulovému orbitálu. Keď je veľa atómov, vzniká obrovské množstvo trojrozmerných molekulových orbitálov, ktoré sa rozprestierajú všetkými smermi. V dôsledku viacerých prekrývajúcich sa orbitálov sú valenčné elektróny každého atómu ovplyvnené mnohými atómami.

Charakteristické kryštálové mriežky

Väčšina kovov tvorí jednu z nasledujúcich vysoko symetrických mriežok s tesným usporiadaním atómov: kubická centrovaná na telo, kubická centrovaná tvárou a šesťuholníková.

V kubickej (bcc) mriežke so stredom tela sú atómy umiestnené vo vrcholoch kocky a jeden atóm je v strede objemu kocky. Kovy majú kubickú telesne centrovanú mriežku: Pb, K, Na, Li, β-Ti, β-Zr, Ta, W, V, α-Fe, Cr, Nb, Ba atď.

V plošne centrovanej kubickej (fcc) mriežke sú atómy umiestnené vo vrcholoch kocky a v strede každej steny. Kovy tohto typu majú mriežku: α-Ca, Ce, α-Sr, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, γ-Fe, Cu, α-Co atď.

V šesťuholníkovej mriežke sú atómy umiestnené vo vrcholoch a strede šesťuholníkových základov hranola a tri atómy sú umiestnené v strednej rovine hranola. Kovy majú toto balenie atómov: Mg, α-Ti, Cd, Re, Os, Ru, Zn, β-Co, Be, β-Ca atď.

Iné vlastnosti

Voľne sa pohybujúce elektróny spôsobujú vysokú elektrickú a tepelnú vodivosť. Látky, ktoré majú kovovú väzbu, často spájajú pevnosť s plasticitou, pretože keď sa atómy navzájom premiestnia, väzby sa nerozbijú. Ďalšou dôležitou vlastnosťou je kovová aromatickosť.

Kovy dobre vedú teplo a elektrinu, sú dostatočne pevné a môžu sa deformovať bez zničenia. Niektoré kovy sú kujné (dajú sa kovať), niektoré sú kujné (dá sa z nich ťahať drôt). Tieto jedinečné vlastnosti sú vysvetlené špeciálnym typom chemickej väzby, ktorá spája atómy kovov navzájom - kovovou väzbou.

Kovy v pevnom stave existujú vo forme kryštálov kladných iónov, akoby „plávali“ v mori elektrónov, ktoré sa medzi nimi voľne pohybujú.

Kovová väzba vysvetľuje vlastnosti kovov, najmä ich pevnosť. Pod vplyvom deformujúcej sily môže kovová mriežka na rozdiel od iónových kryštálov zmeniť svoj tvar bez praskania.

Vysoká tepelná vodivosť kovov sa vysvetľuje skutočnosťou, že ak sa kus kovu zahreje na jednej strane, kinetická energia elektrónov sa zvýši. Toto zvýšenie energie sa bude šíriť v „elektrónovom mori“ vo vzorke vysokou rýchlosťou.

Vyjasní sa aj elektrická vodivosť kovov. Ak sa na konce kovovej vzorky aplikuje potenciálny rozdiel, oblak delokalizovaných elektrónov sa posunie v smere kladného potenciálu: tento tok elektrónov pohybujúcich sa v jednom smere predstavuje známy elektrický prúd.

Kovové spojenie. Vlastnosti kovovej väzby. - pojem a druhy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Kovová väzba. Vlastnosti kovovej väzby." 2017, 2018.

Všetky v súčasnosti známe chemické prvky nachádzajúce sa v periodickej tabuľke sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: kovy a nekovy. Aby sa nestali len prvkami, ale zlúčeninami, chemickými látkami a mohli navzájom interagovať, musia existovať vo forme jednoduchých a zložitých látok.

To je dôvod, prečo sa niektoré elektróny snažia prijímať, zatiaľ čo iné sa snažia rozdávať. Vzájomným dopĺňaním sa z prvkov vytvárajú rôzne chemické molekuly. Čo ich však drží spolu? Prečo existujú látky takej sily, že ani tie najvážnejšie nástroje nemožno zničiť? Iné sú naopak zničené najmenším nárazom. To všetko sa vysvetľuje tvorbou rôznych typov chemických väzieb medzi atómami v molekulách, tvorbou kryštálovej mriežky určitej štruktúry.

Typy chemických väzieb v zlúčeninách

Celkovo existujú 4 hlavné typy chemických väzieb.

1. Kovalentné nepolárne. Vzniká medzi dvoma rovnakými nekovmi v dôsledku zdieľania elektrónov, tvorby spoločných elektrónových párov. Na jej vzniku sa podieľajú valenčné nepárové častice. Príklady: halogény, kyslík, vodík, dusík, síra, fosfor.
2. Kovalentná polárna. Vzniká medzi dvoma rôznymi nekovmi alebo medzi kovom s veľmi slabými vlastnosťami a nekovom so slabou elektronegativitou. Je tiež založená na spoločných elektrónových pároch a ich priťahovaní k sebe atómom, ktorého elektrónová afinita je vyššia. Príklady: NH 3, SiC, P 2 O 5 a iné.
3. Vodíková väzba. Najnestabilnejší a najslabší, vzniká medzi vysoko elektronegatívnym atómom jednej molekuly a kladným atómom druhej. Najčastejšie sa to stane, keď sú látky rozpustené vo vode (alkohol, amoniak atď.). Vďaka tomuto spojeniu môžu existovať makromolekuly bielkovín, nukleových kyselín, komplexných sacharidov a pod.
4. Iónová väzba. Vzniká vďaka silám elektrostatickej príťažlivosti rôzne nabitých kovových a nekovových iónov. Čím silnejší je rozdiel v tomto indikátore, tým jasnejšie je vyjadrená iónová povaha interakcie. Príklady zlúčenín: binárne soli, komplexné zlúčeniny - zásady, soli.
5. Kovová väzba, ktorej mechanizmus tvorby, ako aj jej vlastnosti budú diskutované ďalej. Tvorí sa v kovoch a ich zliatinách rôznych druhov.

Existuje niečo ako jednota chemickej väzby. Hovorí len, že nie je možné považovať každú chemickú väzbu za štandard. Všetko sú to len konvenčne označené jednotky. Všetky interakcie sú totiž založené na jedinom princípe – elektrón-statickej interakcii. Preto iónové, kovové, kovalentné a vodíkové väzby majú rovnakú chemickú povahu a sú len hraničnými prípadmi jeden druhého.

Kovy a ich fyzikálne vlastnosti

Kovy sa nachádzajú v drvivej väčšine všetkých chemických prvkov. Je to spôsobené ich špeciálnymi vlastnosťami. Značnú časť z nich ľudia získali jadrovými reakciami v laboratórnych podmienkach, sú rádioaktívne s krátkym polčasom rozpadu.

Väčšinu však tvoria prírodné prvky, ktoré tvoria celé horniny a rudy a sú súčasťou najdôležitejších zlúčenín. Práve od nich sa ľudia naučili odlievať zliatiny a vyrábať množstvo krásnych a dôležitých výrobkov. Ide o meď, železo, hliník, striebro, zlato, chróm, mangán, nikel, zinok, olovo a mnohé ďalšie.

Pre všetky kovy možno identifikovať spoločné fyzikálne vlastnosti, ktoré sa vysvetľujú tvorbou kovovej väzby. Aké sú tieto vlastnosti?

1. Kujnosť a ťažnosť. Je známe, že mnohé kovy možno valcovať aj do stavu fólie (zlato, hliník). Iní vyrábajú drôty, ohybné plechy a výrobky, ktoré sa môžu pri fyzickom náraze zdeformovať, ale po zastavení okamžite obnovia svoj tvar. Práve tieto vlastnosti kovov sa nazývajú kujnosť a ťažnosť. Dôvodom tejto funkcie je kovový typ pripojenia. Ióny a elektróny v kryštáli kĺžu voči sebe bez toho, aby sa rozbili, čo umožňuje zachovať integritu celej štruktúry.
2. Kovový lesk. Vysvetľuje tiež kovovú väzbu, mechanizmus tvorby, jej vlastnosti a vlastnosti. Nie všetky častice sú teda schopné absorbovať alebo odrážať svetelné vlny rovnakej vlnovej dĺžky. Atómy väčšiny kovov odrážajú krátkovlnné lúče a získavajú takmer rovnakú farbu strieborného, ​​bieleho a bledomodrého odtieňa. Výnimkou sú medené a zlaté, ich farby sú červeno-červené a žlté. Sú schopné odrážať žiarenie s väčšou vlnovou dĺžkou.
3. Tepelná a elektrická vodivosť. Tieto vlastnosti sú vysvetlené aj štruktúrou kryštálovej mriežky a skutočnosťou, že pri jej tvorbe sa realizuje kovový typ väzby. V dôsledku pohybu „elektrónového plynu“ vo vnútri kryštálu sa elektrický prúd a teplo okamžite a rovnomerne rozdelia medzi všetky atómy a ióny a prechádzajú cez kov.
4. Pevný stav agregácie za normálnych podmienok. Jedinou výnimkou je tu ortuť. Všetky ostatné kovy sú nevyhnutne silné, pevné zlúčeniny, ako aj ich zliatiny. Je to tiež dôsledok kovových väzieb prítomných v kovoch. Mechanizmus vzniku tohto typu väzby častíc plne potvrdzuje vlastnosti.

Toto sú hlavné fyzikálne vlastnosti kovov, ktoré sú presne vysvetlené a určené schémou tvorby kovovej väzby. Tento spôsob spájania atómov je relevantný najmä pre kovové prvky a ich zliatiny. Teda pre nich v pevnom a kvapalnom skupenstve.

Chemická väzba kovového typu

V čom spočíva jeho zvláštnosť? Ide o to, že takáto väzba sa nevytvára v dôsledku rozdielne nabitých iónov a ich elektrostatickej príťažlivosti a nie v dôsledku rozdielu v elektronegativite a prítomnosti voľných elektrónových párov. To znamená, že iónové, kovové, kovalentné väzby majú mierne odlišnú povahu a charakteristické črty viazaných častíc.

Všetky kovy majú nasledujúce vlastnosti:

• malý počet elektrónov na (okrem niektorých výnimiek, ktoré môžu mať 6, 7 a 8);
• veľký atómový polomer;
• nízka ionizačná energia.

To všetko prispieva k ľahkému oddeleniu vonkajších nepárových elektrónov od jadra. Atóm má zároveň veľa voľných orbitálov. Diagram tvorby kovovej väzby presne ukáže vzájomné prekrytie početných orbitálnych buniek rôznych atómov, ktoré v dôsledku toho tvoria spoločný intrakryštalický priestor. Z každého atómu sa do nej privádzajú elektróny, ktoré začnú voľne putovať rôznymi časťami mriežky. Každý z nich sa pravidelne pripája k iónu na mieste v kryštáli a mení ho na atóm, potom sa opäť odpája a vytvára ión.

Kovová väzba je teda väzba medzi atómami, iónmi a voľnými elektrónmi v bežnom kovovom kryštáli. Elektrónový oblak, ktorý sa voľne pohybuje v štruktúre, sa nazýva „elektrónový plyn“. To vysvetľuje väčšinu kovov a ich zliatin.

Ako presne sa kovová chemická väzba realizuje? Možno uviesť rôzne príklady. Skúsme sa na to pozrieť na kúsku lítia. Aj keď to vezmete o veľkosti hrášku, budú tam tisíce atómov. Predstavme si teda, že každý z týchto tisícov atómov odovzdá svoj jediný valenčný elektrón spoločnému kryštalickému priestoru. Zároveň, keď poznáte elektronickú štruktúru daného prvku, môžete vidieť počet prázdnych orbitálov. Lítium ich bude mať 3 (p-orbitály druhej energetickej hladiny). Tri pre každý atóm z desiatok tisíc - toto je spoločný priestor vo vnútri kryštálu, v ktorom sa „elektrónový plyn“ voľne pohybuje.

Látka s kovovou väzbou je vždy silná. Koniec koncov, elektrónový plyn neumožňuje kryštálu kolaps, ale iba premiestňuje vrstvy a okamžite ich obnovuje. Leskne sa, má určitú hustotu (zvyčajne vysokú), tavivosť, tvárnosť a plasticitu.

Kde inde sa predáva kovové lepenie? Príklady látok:

• kovy vo forme jednoduchých štruktúr;
• všetky kovové zliatiny navzájom;
• všetky kovy a ich zliatiny v tekutom a pevnom stave.

Konkrétnych príkladov je jednoducho neskutočné množstvo, keďže v periodickej tabuľke je viac ako 80 kovov!

Kovová väzba: mechanizmus tvorby

Ak to zvážime vo všeobecnosti, hlavné body sme už načrtli vyššie. Prítomnosť voľných elektrónov a elektrónov, ktoré sa ľahko oddelia od jadra v dôsledku nízkej ionizačnej energie, sú hlavnými podmienkami pre vznik tohto typu väzby. Ukazuje sa teda, že sa realizuje medzi nasledujúcimi časticami:

• atómy v miestach kryštálovej mriežky;
• voľné elektróny, ktoré boli valenčnými elektrónmi v kove;
• ióny v miestach kryštálovej mriežky.

Výsledkom je kovová väzba. Mechanizmus vzniku je všeobecne vyjadrený nasledovným zápisom: Me 0 - e - ↔ Me n+. Z diagramu je zrejmé, aké častice sú prítomné v kovovom kryštáli.

Samotné kryštály môžu mať rôzne tvary. Závisí to od konkrétnej látky, s ktorou máme dočinenia.

Druhy kovových kryštálov

Táto štruktúra kovu alebo jeho zliatiny sa vyznačuje veľmi hustým zhlukom častíc. Poskytujú ho ióny v kryštálových uzloch. Samotné mriežky môžu mať v priestore rôzne geometrické tvary.

1. Telesocentrická kubická mriežka - alkalické kovy.
2. Šesťhranná kompaktná štruktúra - všetky alkalické zeminy okrem bária.
3. Face-centric kubický - hliník, meď, zinok, veľa prechodných kovov.
4. Ortuť má romboedrickú štruktúru.
5. Tetragonálny - indium.

Čím nižšie a nižšie sa nachádza v periodickom systéme, tým zložitejšie je jeho balenie a priestorová organizácia kryštálu. V tomto prípade je pri konštrukcii kryštálu rozhodujúca kovová chemická väzba, ktorej príklady možno uviesť pre každý existujúci kov. Zliatiny majú vo vesmíre veľmi rôznorodé organizácie, z ktorých niektoré ešte neboli úplne preskúmané.

Komunikačná charakteristika: nesmerová

Kovalentné a kovové väzby majú jednu veľmi výraznú charakteristickú črtu. Na rozdiel od prvého nie je kovová väzba smerová. Čo to znamená? To znamená, že elektrónový oblak vo vnútri kryštálu sa pohybuje úplne voľne v rámci svojich hraníc v rôznych smeroch, každý elektrón je schopný pripojiť sa k absolútne akémukoľvek iónu v uzloch štruktúry. To znamená, že interakcia sa uskutočňuje rôznymi smermi. Preto hovoria, že kovová väzba je nesmerová.

Mechanizmus kovalentnej väzby zahŕňa tvorbu zdieľaných elektrónových párov, teda oblakov prekrývajúcich sa atómov. Navyše sa vyskytuje striktne pozdĺž určitej línie spájajúcej ich stredy. Preto hovoria o smere takéhoto spojenia.

Sýtosť

Táto charakteristika odráža schopnosť atómov mať obmedzenú alebo neobmedzenú interakciu s ostatnými. Kovalentné a kovové väzby sú teda podľa tohto ukazovateľa opäť protiklady.

Prvý je saturovateľný. Atómy podieľajúce sa na jej tvorbe majú presne definovaný počet valenčných vonkajších elektrónov, ktoré sa priamo podieľajú na tvorbe zlúčeniny. Nebude mať viac elektrónov, ako má. Preto je počet vytvorených väzieb obmedzený valenciou. Preto saturácia spojenia. Vďaka tejto vlastnosti má väčšina zlúčenín konštantné chemické zloženie.

Kovové a vodíkové väzby sú naopak nenasýtené. Je to spôsobené prítomnosťou mnohých voľných elektrónov a orbitálov vo vnútri kryštálu. Ióny tiež zohrávajú úlohu v miestach kryštálovej mriežky, z ktorých každý sa môže kedykoľvek stať atómom a znova iónom.

Ďalšou charakteristikou kovovej väzby je delokalizácia vnútorného elektrónového oblaku. Prejavuje sa to schopnosťou malého počtu zdieľaných elektrónov viazať na seba veľa atómových jadier kovov. To znamená, že hustota je akoby delokalizovaná, rozložená rovnomerne medzi všetky časti kryštálu.

Príklady tvorby väzieb v kovoch

Pozrime sa na niekoľko konkrétnych možností, ktoré ilustrujú, ako vzniká kovová väzba. Príklady látok sú:

• zinok;
• hliník;
• draslík;
• chróm.

Vznik kovovej väzby medzi atómami zinku: Zn 0 - 2e - ↔ Zn 2+. Atóm zinku má štyri energetické úrovne. Na základe elektronickej štruktúry má 15 voľných orbitálov - 3 v p-orbitáloch, 5 v 4 d a 7 v 4f. Elektrónová štruktúra je nasledovná: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 0 4d 0 4f 0, spolu 30 elektrónov v atóme. To znamená, že dve voľné valenčné negatívne častice sa môžu pohybovať v rámci 15 priestranných a neobsadených orbitálov. A tak je to s každým atómom. Výsledkom je obrovský spoločný priestor pozostávajúci z prázdnych orbitálov a malého počtu elektrónov, ktoré spájajú celú štruktúru dohromady.

Kovová väzba medzi atómami hliníka: AL 0 - e - ↔ AL 3+. Trinásť elektrónov atómu hliníka sa nachádza na troch energetických úrovniach, ktorých majú zjavne nadbytok. Elektronická štruktúra: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 3d 0 . Voľné orbitály - 7 kusov. Je zrejmé, že elektrónový oblak bude malý v porovnaní s celkovým vnútorným voľným priestorom v kryštáli.

Chrómová kovová väzba. Tento prvok je zvláštny svojou elektronickou štruktúrou. Na stabilizáciu systému totiž elektrón spadne zo 4s do 3d orbitálu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5 4p 0 4d 0 4f 0 . Celkovo je 24 elektrónov, z toho šesť valenčných elektrónov. Sú to tí, ktorí idú do spoločného elektronického priestoru, aby vytvorili chemickú väzbu. Existuje 15 voľných orbitálov, čo je stále oveľa viac, ako je potrebné na vyplnenie. Preto je chróm tiež typickým príkladom kovu so zodpovedajúcou väzbou v molekule.

Jedným z najaktívnejších kovov, ktorý reaguje aj s obyčajnou vodou s ohňom, je draslík. Čo vysvetľuje tieto vlastnosti? Opäť mnohými spôsobmi - kovovým typom spojenia. Tento prvok má len 19 elektrónov, ale nachádzajú sa na 4 energetických úrovniach. Teda v 30 orbitáloch rôznych podúrovní. Elektronická štruktúra: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 0 4p 0 4d 0 4f 0 . Len dva s veľmi nízkou ionizačnou energiou. Voľne sa odtrhnú a idú do spoločného elektronického priestoru. Na jeden atóm pripadá 22 orbitálov na pohyb, to znamená veľmi veľký voľný priestor pre „elektrónový plyn“.

Podobnosti a rozdiely s inými typmi spojení

Vo všeobecnosti už bola táto otázka diskutovaná vyššie. Dá sa len zovšeobecniť a vyvodiť záver. Hlavné vlastnosti kovových kryštálov, ktoré ich odlišujú od všetkých ostatných typov spojení, sú:

• niekoľko typov častíc, ktoré sa zúčastňujú procesu väzby (atómy, ióny alebo atóm-ióny, elektróny);
• rôzne priestorové geometrické štruktúry kryštálov.

Kovové väzby majú s vodíkovými a iónovými väzbami spoločnú nenasýtenosť a nesmerovosť. S kovalentnou polárnou - silnou elektrostatickou príťažlivosťou medzi časticami. Oddelene od iónových - typ častíc v uzloch kryštálovej mriežky (ióny). S kovalentnými nepolárnymi - atómami v uzloch kryštálu.

Typy väzieb v kovoch rôznych stavov agregácie

Ako sme uviedli vyššie, kovová chemická väzba, ktorej príklady sú uvedené v článku, sa vytvára v dvoch stavoch agregácie kovov a ich zliatin: v pevnom a kvapalnom stave.

Vzniká otázka: aký typ väzby je v kovových parách? Odpoveď: kovalentné polárne a nepolárne. Rovnako ako u všetkých zlúčenín, ktoré sú vo forme plynu. To znamená, že keď sa kov dlhodobo zahrieva a prechádza z pevného do tekutého stavu, väzby sa neprerušia a kryštalická štruktúra sa zachová. Keď však dôjde k prevodu kvapaliny do stavu pary, kryštál sa zničí a kovová väzba sa premení na kovalentnú.

Lekcia sa bude týkať niekoľkých typov chemických väzieb: kovových, vodíkových a van der Waalsových a tiež sa dozviete, ako fyzikálne a chemické vlastnosti závisia od rôznych typov chemických väzieb v látke.

Téma: Typy chemických väzieb

Lekcia: Chemické väzby kovov a vodíka

Kovové spojenie je to typ väzby v kovoch a ich zliatinách medzi kovovými atómami alebo iónmi a relatívne voľnými elektrónmi (elektrónový plyn) v kryštálovej mriežke.

Kovy sú chemické prvky s nízkou elektronegativitou, takže sa ľahko vzdávajú svojich valenčných elektrónov. Ak je vedľa kovového prvku nekov, potom elektróny z atómu kovu idú do nekovu. Tento typ spojenia sa nazýva iónový(obr. 1).

Ryža. 1. Vzdelávanie

Kedy jednoduché látky kovy alebo ich zliatin, situácia sa mení.

Keď sa tvoria molekuly, elektrónové orbitály kovov nezostávajú nezmenené. Vzájomne interagujú a vytvárajú nový molekulárny orbitál. V závislosti od zloženia a štruktúry zlúčeniny môžu byť molekulové orbitály buď blízke súhrnu atómových orbitálov, alebo sa od nich môžu výrazne líšiť. Pri interakcii elektrónových orbitálov atómov kovov vznikajú molekulové orbitály. Tak, že valenčné elektróny atómu kovu sa môžu voľne pohybovať týmito molekulovými orbitálmi. K úplnému oddeleniu náboja nedochádza, t.j. kov- toto nie je zbierka katiónov a elektrónov plávajúcich okolo. Ale toto nie je súbor atómov, ktoré sa niekedy transformujú do katiónovej formy a prenesú svoj elektrón na iný katión. Skutočná situácia je kombináciou týchto dvoch extrémnych možností.

Ryža. 2

Podstata tvorby kovových väzieb pozostáva z takto: atómy kovu darujú vonkajšie elektróny a niektoré z nich sa premenia na kladne nabité ióny. Odtrhnuté od atómov elektróny sa relatívne voľne pohybujú medzi vznikajúcimi pozitívnekovové ióny. Medzi týmito časticami vzniká kovová väzba, t.j. zdá sa, že elektróny stmelujú kladné ióny v kovovej mriežke (obr. 2).

Prítomnosť kovovej väzby určuje fyzikálne vlastnosti kovov:

Vysoká ťažnosť

Tepelná a elektrická vodivosť

Kovový lesk

Plastové - ide o schopnosť materiálu ľahko sa deformovať pri mechanickom zaťažení. Kovová väzba sa realizuje medzi všetkými atómami kovu súčasne, preto, keď je kov vystavený mechanickému pôsobeniu, špecifické väzby sa neporušia, ale zmení sa iba poloha atómu. Kovové atómy, ktoré nie sú navzájom spojené pevnými väzbami, môžu akoby kĺzať po vrstve elektrónového plynu, ako sa to stáva, keď jedno sklo kĺže po druhom s vrstvou vody medzi nimi. Vďaka tomu sa dajú kovy ľahko deformovať alebo zvinúť do tenkej fólie. Najťažšie kovy sú čisté zlato, striebro a meď. Všetky tieto kovy sa v prírode nachádzajú v natívnej forme v rôznych stupňoch čistoty. Ryža. 3.

Ryža. 3. Kovy nachádzajúce sa v prírode v natívnej forme

Vyrábajú sa z nich rôzne šperky, najmä zlaté. Pre svoju úžasnú plasticitu sa zlato používa pri výzdobe palácov. Fóliu z nej vyvaľkáte len na hrúbku 3. 10-3 mm. Nazýva sa plátkové zlato a nanáša sa na omietku, lišty alebo iné predmety.

Tepelná a elektrická vodivosť . Elektrinu najlepšie vedie meď, striebro, zlato a hliník. Ale keďže zlato a striebro sú drahé kovy, na výrobu káblov sa používa lacnejšia meď a hliník. Najhoršie elektrické vodiče sú mangán, olovo, ortuť a volfrám. Volfrám má taký vysoký elektrický odpor, že keď ním prechádza elektrický prúd, začne žiariť. Táto vlastnosť sa využíva pri výrobe žiaroviek.

Telesná teplota je mierou energie jej základných atómov alebo molekúl. Elektrónový plyn kovu môže pomerne rýchlo prenášať prebytočnú energiu z jedného iónu alebo atómu na druhý. Teplota kovu sa rýchlo vyrovná v celom objeme, aj keď dôjde k ohrevu na jednej strane. Toto sa pozoruje napríklad vtedy, ak ponoríte kovovú lyžičku do čaju.

Kovový lesk. Lesk je schopnosť tela odrážať svetelné lúče. Striebro, hliník a paládium majú vysokú odrazivosť svetla. Preto sa práve tieto kovy nanášajú v tenkej vrstve na povrch skla pri výrobe svetlometov, reflektorov a zrkadiel.

Vodíková väzba

Uvažujme o teplotách varu a topenia vodíkových zlúčenín chalkogénov: kyslíka, síry, selénu a telúru. Ryža. 4.

Ryža. 4

Ak mentálne extrapolujeme priame teploty varu a topenia vodíkových zlúčenín síry, selénu a telúru, uvidíme, že bod topenia vody by mal byť približne -100 0 C a bod varu - približne -80 0 C. pretože existuje medzera medzi interakciou molekúl vody - vodíková väzba, ktoré zjednocuje molekuly vody do združenia . Na zničenie týchto spoločníkov je potrebná dodatočná energia.

Vodíková väzba sa vytvára medzi vysoko polarizovaným, vysoko kladne nabitým atómom vodíka a ďalším atómom s veľmi vysokou elektronegativitou: fluórom, kyslíkom alebo dusíkom . Príklady látok schopných vytvárať vodíkové väzby sú na obr. 5.

Ryža. 5

Zvážte tvorbu vodíkových väzieb medzi molekulami vody. Vodíková väzba je znázornená tromi bodkami. Výskyt vodíkovej väzby je spôsobený jedinečnou vlastnosťou atómu vodíka. Keďže atóm vodíka obsahuje iba jeden elektrón, pri odtiahnutí spoločného elektrónového páru iným atómom sa obnaží jadro atómu vodíka, ktorého kladný náboj pôsobí na elektronegatívne prvky v molekulách látok.

Porovnajme vlastnosti etylalkohol a dimetyléter. Na základe štruktúry týchto látok vyplýva, že etylalkohol môže vytvárať medzimolekulové vodíkové väzby. Je to spôsobené prítomnosťou hydroxoskupiny. Dimetyléter nemôže vytvárať medzimolekulové vodíkové väzby.

Porovnajme ich vlastnosti v tabuľke 1.

Tabuľka 1

Teplota varu, mp., rozpustnosť vo vode je vyššia pre etylalkohol. Toto je všeobecný vzorec pre látky, ktorých molekuly tvoria vodíkové väzby. Tieto látky sa vyznačujú vyšším bodom varu, teplotou topenia, rozpustnosťou vo vode a nižšou prchavosťou.

Fyzikálne vlastnosti zlúčeniny závisia aj od molekulovej hmotnosti látky. Preto je legitímne porovnávať fyzikálne vlastnosti látok s vodíkovými väzbami len pre látky s podobnou molekulovou hmotnosťou.

Energia jeden vodíková väzba asi 10x menej energia kovalentnej väzby. Ak organické molekuly komplexného zloženia majú niekoľko funkčných skupín schopných tvoriť vodíkové väzby, môžu sa v nich vytvárať intramolekulárne vodíkové väzby (proteíny, DNA, aminokyseliny, ortonitrofenol atď.). Vďaka vodíkovej väzbe vzniká sekundárna štruktúra bielkovín, dvojitá špirála DNA.

Van der Waalsove spojenie.

Spomeňme si na vzácne plyny. Zlúčeniny hélia sa zatiaľ nepodarilo získať. Nie je schopný vytvárať bežné chemické väzby.

Pri veľmi nízkych teplotách je možné získať tekuté a dokonca aj pevné hélium. V kvapalnom stave sú atómy hélia držané pohromade silami elektrostatickej príťažlivosti. Existujú tri varianty týchto právomocí:

· orientačné sily. Toto je interakcia medzi dvoma dipólmi (HCl)

· indukčná príťažlivosť. Toto je príťažlivosť medzi dipólom a nepolárnou molekulou.

· príťažlivosť rozptylu. Ide o interakciu medzi dvoma nepolárnymi molekulami (He). Vyskytuje sa v dôsledku nerovnomerného pohybu elektrónov okolo jadra.

Zhrnutie lekcie

Lekcia zahŕňa tri typy chemických väzieb: kovové, vodíkové a van der Waalsove. Bola vysvetlená závislosť fyzikálnych a chemických vlastností od rôznych typov chemických väzieb v látke.

Bibliografia

1. Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecnej chémie. 11. ročník: učebnica pre všeobecnovzdelávacie inštitúcie: základný stupeň / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vyd. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Popel P.P. Chémia: 8. ročník: učebnica pre všeobecnovzdelávacie inštitúcie / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K.: IC "Academy", 2008. - 240 s.: ill.

3. Gabrielyan O.S. Chémia. 11. ročník Základná úroveň. 2. vyd., vymazané. - M.: Drop, 2007. - 220 s.

Domáca úloha

1. č. 2, 4, 6 (s. 41) Rudzitis G.E. Chémia. Základy všeobecnej chémie. 11. ročník: učebnica pre všeobecnovzdelávacie inštitúcie: základný stupeň / G.E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14. vyd. - M.: Vzdelávanie, 2012.

2. Prečo sa volfrám používa na výrobu vlákien žiaroviek?

3. Čo vysvetľuje absenciu vodíkových väzieb v molekulách aldehydu?

Ako už bolo uvedené v bode 4.2.2.1, kovové spojenie- elektronické spojenie atómových jadier s minimálnou lokalizáciou zdieľaných elektrónov ako na jednotlivých (na rozdiel od iónovej väzby) jadrách, tak na jednotlivých (na rozdiel od kovalentnej väzby) väzbách. Výsledkom je elektrón-deficientná multicentrická chemická väzba, v ktorej zdieľané elektróny (vo forme „elektrónového plynu“) zabezpečujú väzbu k maximálnemu možnému počtu jadier (katiónov), ktoré tvoria štruktúru kvapalných alebo pevných kovových látok. Preto je kovová väzba ako celok nesmerová a nasýtená; treba ju považovať za limitujúci prípad delokalizácie kovalentnej väzby. Pripomeňme, že v čistých kovoch sa objavuje predovšetkým kovová väzba homonukleárne, t.j. nemôže mať iónovú zložku. Výsledkom je, že typickým obrazom rozloženia elektrónovej hustoty v kovoch sú sféricky symetrické jadrá (katióny) v rovnomerne rozloženom elektrónovom plyne (obr. 5.10).

V dôsledku toho je konečná štruktúra zlúčenín s prevažne kovovým typom väzby určená predovšetkým stérickým faktorom a hustotou zloženia v kryštálovej mriežke týchto katiónov (vysoký CN). Metóda BC nedokáže interpretovať kovové väzby. Podľa MMO je kovová väzba charakterizovaná nedostatkom elektrónov v porovnaní s kovalentnou väzbou. Striktná aplikácia MMO na kovové väzby a spoje vedie k teória pásma(elektronický model kovu), podľa ktorého v atómoch obsiahnutých v kryštálovej mriežke kovu dochádza k interakcii takmer voľných valenčných elektrónov nachádzajúcich sa na vonkajších dráhach elektrónov s (elektrickým) periodickým poľom kryštálovej mriežky. V dôsledku toho sa energetické hladiny elektrónov rozdeľujú a vytvárajú viac-menej široké pásmo. Podľa Fermiho štatistiky je najvyššie energetické pásmo osídlené voľnými elektrónmi až do úplného zaplnenia, najmä ak energetické členy jednotlivého atómu zodpovedajú dvom elektrónom s antiparalelnými spinmi. Dá sa však čiastočne naplniť, čo poskytuje možnosť elektrónov presunúť sa na vyššie energetické hladiny. Potom

táto zóna sa nazýva vodivostná zóna. Existuje niekoľko základných typov vzájomného usporiadania energetických pásov, ktoré zodpovedajú izolantu, jednomocnému kovu, dvojmocnému kovu, polovodiču s vlastnou vodivosťou, polovodiču typu a a polovodiču typu b. Pomer energetických pásov tiež určuje typ vodivosti pevnej látky.

Táto teória však neumožňuje kvantitatívnu charakterizáciu rôznych zlúčenín kovov a neviedla k vyriešeniu problému pôvodu skutočných kryštálových štruktúr kovových fáz. Špecifickú povahu chemických väzieb v homojadrových kovoch, kovových zliatinách a intermetalických heterozlúčeninách považuje N.V. Ageev)