Что представляет из себя химическая связь?

Как всем известно со школьного курса химии, объединение атомов в молекулу вещества происходит посредством образования химических связей — электростатического взаимодействия ядер атомов и электронов.

Так как электроны на внешнем слое связаны с ядром гораздо слабее, следовательно, являются более подвижными и называются валентными.

Химические связи классифицируются на несколько типов:

• ионная;
• ковалентная;
• водородная;
• вандерваальсова;
• металлическая.

Металлическая химическая связь

Если обратиться к таблице Менделеева, можно заметить, что большинство металлов содержит малое число валентных электронов на внешнем уровне. Ввиду высокой подвижности в кристаллической решетке довольно легко происходит их отрыв с образованием положительно заряженного катиона металла и свободных электронов — т.н. «электронного газа».

Таким образом, в структуре металла происходит постоянный обмен электронами и образование как ионов, так и электрически нейтральных атомов металла по механизму:

атом M0 — ne ↔ ион Mn+

Кристаллическую решетку металлов можно представить как «скелет» из атомов, по которому перемещаются электроны из «электронного газа». Для разных металлов характерны различные виды строения решеток:

1. объёмно-центрическая кубическая решетка (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr);
2. гранецентрическая кубическая решетка (Zn, Al, Cu и другие переходные металлы);
3. гексагональная (все щелочноземельные металлы, кроме бария);
4. тетрагональная — у индия;
5. ромбоэдрическая — у ртути.

Отличия от других видов

Главными характеристиками сравнения типов химических связей являются прочность, энергия образования (разрыва) и насыщаемость.

Рассмотрим их более подробно:

• Энергия металлической связи гораздо ниже, чем в ковалентной и ионной, что и обуславливает их прочность, согласно принципу стремления любой системы к минимуму энергии.
• Насыщаемость также не характерна для взаимодействия между атомами металлов. То есть количество атомов, вступающих во взаимодействие, не ограничивается числом валентных электронов, в отличие от тех же ковалентных связей.

Схема связи и примеры

Обмен электронами в металлах происходит по следующему механизму:

• К — nе <—> Кⁿ⁺
• Al — 3e <—> Al³⁺
• Li — e <—> Li⁺
• Mg — 2e <—> Mg²⁺
• In — 3e <—> In³⁺

Как показывает данная схема, образование металлической связи зависит от числа валентных электронов на внешнем слое — одновалентные ионы натрия могут отдать один электрон в образование общего «электронного облака», двухвалентные ионы магния — два электрона и так далее.

Голова кругом, да?

Разобраться в сложном переплетении электронов и ионов вам помогут наши онлайн курсы по химии для школьников. Занятия проходят в узком кругу слушателей, что позволяет уделять внимание каждому ребенку и отвечать развернуто на все заданные вопросы по предмету.

Свойства металлов

Особый вид взаимодействия, который характерен для атомов металлов, определяет ряд объединяющих их свойств и отличающих металлы от других веществ:

• высокие температуры плавления и кипения;

Высокие температуры плавления и кипения обусловлены тем, что катионы металла прочно связаны «электронным газом». При этом выявлена тенденция зависимости прочности связи от числа валентных электронов.

Например, калий и натрий с температурой плавления 64 и 98 градусов Цельсия соответственно как одновалентные металлы являются легкоплавкими веществами по сравнению с, например, тугоплавким хромом (1615 градусов Цельсия).

• ковкость и пластичность (при механическом воздействии металлы не бьются и не крошатся, а подвергаются неупругой деформации);

Равномерностью распределения валентных электронов по кристаллу объясняется, например, такое свойство металлов, как пластичность — смещение ионов и атомов в любых направле­ниях без разрушения взаимодействия между ними.

• способность отражать свет (характерный для всех элементов-металлов серебристо-серый блеск на срезе),
• высокая электро­проводность и теплопроводность (использование металлов в электрических цепях приборов в качестве проводников).

Свободный обмен электронами между атомными орбиталями обуславливает и электропроводность металлов. «Электронный газ» с учетом разности электрохимических потенциалов переходит из беспорядочного движения к направленному.

Большое значение в промышленности играют сплавы металлов, сочетающие в себе свойства входящих в состав элементов.

Металлический тип взаимодействия также характерен и для  спла­вов, находящихся в твёрдом и жидком состояниях. Однако, если металл нагреть до состояния пара, то связь между его атомами будет ковалентная и структура металла из цельной решетки перейдет в одно- или двухатомное состояние.

Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:

Остались вопросы? Задайте их эксперту!

Владислав Барышников

Эксперт по подготовке к ЕГЭ, ОГЭ и ВПР

Задать вопрос

Закончил Московский физико-технический институт (Физтех) по специальности прикладная физика и математика. Магистр физико-математических наук. Преподавательский стаж более 13 лет. Соучредитель курсов ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu.