Στοιχειώδης Ιδέα Μεταλλικής Συγκόλλησης

Εισαγωγή

Όπως γνωρίζουμε, τα άτομα υπάρχουν στη φύση ανεξάρτητα, εκτός από τα ευγενή αέρια. Μια ομάδα ατόμων έχει διαφορετικές χαρακτηριστικές ιδιότητες και βρέθηκε ότι υπάρχουν μαζί. Και αυτές οι ομάδες ατόμων σχηματίζουν μόρια. Αυτά τα μόρια συγκρατούνται μεταξύ τους με έναν ορισμένο τύπο δύναμης που συγκρατεί διάφορα συστατικά ιόντα και άτομα μαζί σε διαφορετικά χημικά είδη που ονομάζονται χημικοί δεσμοί. Όταν αυτοί οι χημικοί δεσμοί σχηματίζονται από το συνδυασμό ατόμων διαφόρων στοιχείων. Αυτή η κατάσταση εγείρει πολλά ερωτήματα όπως:Πώς συνδυάζονται τα άτομα και γιατί; Πώς συνδέονται αυτά τα μόρια μεταξύ τους; Γιατί τα μόρια έχουν καθορισμένα σχήματα; Ακολουθεί η απάντηση σε όλες τις παραπάνω ερωτήσεις.

Σώμα

Το 1916, οι Kossel και Lewis, έδωσαν μια ικανοποιητική εξήγηση σχετικά με τους χημικούς δεσμούς και τους μεταλλικούς δεσμούς. Ήταν οι πρώτοι που έδωσαν κάποια λογική εξήγηση για τη μεταλλική συγκόλληση. Σύμφωνα με το αξίωμα του Lewis, τα άτομα διαθέτουν μια σταθερή οκτάδα όταν συνδέονται μεταξύ τους με χημικούς δεσμούς.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι ομολόγων:

1) Ηλεκτροσθενής δεσμός:Όταν θετικά και αρνητικά ιόντα συνδέονται με ηλεκτροστατική έλξη, τότε αυτός ο τύπος δεσμού ονομάζεται ηλεκτροσθενής δεσμός. Και αναφέρεται επίσης ως ιονικός δεσμός.

2) Ομοιοπολικός δεσμός:Όταν δύο άτομα μοιράζονται ζεύγος ηλεκτρονίων, ο δεσμός που δημιουργείται είναι γνωστός ως ομοιοπολικός δεσμός

3) Δεσμός υδρογόνου:Ένας δεσμός που σχηματίζεται μεταξύ ατόμων υδρογόνου που βρίσκεται μεταξύ ενός ζεύγους άλλων ατόμων.

4)  Μεταλλικός δεσμός:Σχηματίζεται όταν τα άτομα του μορίου συγκρατούνται μεταξύ τους με έναν ορισμένο τύπο δύναμης σε μια μεταλλική ουσία που ονομάζεται μεταλλικός δεσμός.

Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε λεπτομερώς σχετικά με τη μεταλλική συγκόλληση .

Τι καταλαβαίνετε με τον όρο μεταλλική συγκόλληση ?

Πριν απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει να μάθουμε για τα μέταλλα. Μπορούμε να ορίσουμε το μέταλλο από τις διάφορες ιδιότητές του όπως:Τα μέταλλα είναι γυαλιστερό, στερεό υλικό, όλκιμο, έχουν επίσης καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και έχουν μια γυαλιστερή επιφάνεια που ονομάζεται μεταλλική λάμψη. Για παράδειγμα:Σίδηρος, χαλκός, αλουμίνιο, μαγνήσιο, μόλυβδος, ψευδάργυρος κ.λπ. Η μεταλλική λάμψη εμφανίζεται μεταξύ των μετάλλων όταν τα μέταλλα συνδέονται με την ηλεκτροστατική δύναμη μεταξύ ηλεκτρονίων αγωγιμότητας και θετικά φορτισμένων μεταλλικών ιόντων.

Ορισμός – Με απλά λόγια, μεταλλικό δέσιμο είναι ένας τύπος δύναμης που συγκρατεί άτομα διαφόρων μορίων μαζί σε μια μεταλλική ουσία.

Πώς συγκρατούνται όμως; Πώς η ηλεκτροστατική ελκτική δύναμη τα κάνει να παραμένουν μαζί; Μην ανησυχείτε, αυτό το άρθρο θα απαντήσει σε όλες αυτές τις ερωτήσεις για εσάς.

Τα ηλεκτρόνια του ατόμου αφήνουν πίσω τους τα οποία γίνονται θετικό ιόν και η αλληλεπίδραση μεταξύ τέτοιων θετικών ιόντων και ηλεκτρονίων σθένους δίνει τη συνεκτική ή δεσμευτική δύναμη που συγκρατεί τον μεταλλικό κρύσταλλο. Ο μεταλλικός δεσμός είναι μεταξύ κατιόντος μετάλλου και αποτοποθετημένου ηλεκτρονίου και η φύση του περιγράφει τις διάφορες φυσικές ιδιότητες του μετάλλου, όπως η αγωγιμότητα και η ελατότητα. Τα μέταλλα μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό λόγω μη εντοπισμένων ηλεκτρονίων.

Καθώς τα μετατοπισμένα ηλεκτρόνια μπορούν να μεταφέρουν φορτία, η επόμενη ερώτηση που έρχεται στο μυαλό μας θα ήταν:Πώς σχηματίζονται οι μεταλλικοί δεσμοί;

Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα είναι ότι τα φορτία κατανέμονται σε μεγάλη απόσταση σε σύγκριση με το μέγεθος μεμονωμένων ατόμων σε στερεά. Είναι τόσο κοντά το ένα στο άλλο που τα ηλεκτρόνια σθένους μπορούν να απομακρυνθούν από τα άτομά τους. Ένα πλέγμα θετικά φορτισμένων μεταλλικών ιόντων περιβάλλεται από μια «θάλασσα» ελεύθερων μετατοπισμένων ηλεκτρονίων.

Εμφάνιση μεταλλικής συγκόλλησης 

Εμφανίζεται όταν ένα μέταλλο είναι σε στερεή ή υγρή κατάσταση. Όπως γνωρίζουμε, τα ηλεκτρόνια σθένους των τροχιακών s και p είναι χαλαρά συσκευασμένα και αυτό σχηματίζει μια «θάλασσα» ηλεκτρονίων που περιβάλλει τα μεταλλικά κατιόντα. Επίσης αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινηθούν σε όλη τη θάλασσα ηλεκτρονίων, πράγμα που σημαίνει ότι το ηλεκτρόνιο μπορεί να κινηθεί ελεύθερα σε αυτές τις θάλασσες.

Εδώ μπορούμε να πούμε ότι ο μεταλλικός δεσμός ενώνει τον κύριο όγκο των ατόμων και σχηματίζει διάφορους τύπους μορίων. Τα μέταλλα έχουν υψηλό σημείο τήξης και βρασμού, σχηματίζοντας ισχυρούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων.

Επιπτώσεις του βρασμού στο Μεταλλικό Δεσμό 

Όταν βράζουμε ένα μέταλλο, ο μεταλλικός δεσμός εξακολουθεί να υπάρχει αλλά η δομή έχει σπάσει γιατί κατά την τήξη ο δεσμός γίνεται χαλαρός και όχι σπασμένος. Σημαίνει ξεκάθαρα ότι το σημείο βρασμού καθορίζει την καλύτερη αντοχή της μεταλλικής συγκόλλησης από το σημείο τήξης.

Η αντοχή του μεταλλικού δεσμού εξαρτάται από αυτά τα τρία σημεία:

1)  Η χρέωση στο κατιόν

2)  Μέγεθος του μετάλλου

3) Ο αριθμός των μετατοπισμένων ηλεκτρονίων που κινούνται ελεύθερα στη θάλασσα των ηλεκτρονίων.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:Όσο πιο ισχυρός είναι ο μεταλλικός δεσμός, τόσο περισσότερα θα είναι τα ηλεκτρόνια αποτοποθετημένα. Καθώς το πυρηνικό φορτίο στο κατιόν αυξάνεται, το μέγεθος του κατιόντος γίνεται μικρότερο.

Οι μεταλλικοί δεσμοί απαιτούν πολλή ενέργεια, επειδή είναι αρκετά ισχυροί για να σπάσουν. Γι' αυτό τα μέταλλα έχουν υψηλό σημείο τήξης και βρασμού.

• Η μεταλλική συγκόλληση έχει χαμηλό δέλτα x και χαμηλό x.
• Όπου, δέλτα x είναι η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα.
• Το δέλτα x είναι μέση ηλεκτραρνητικότητα.

Παράδειγμα Μεταλλικής Συγκόλλησης 

Όταν ένα φύλλο αλουμινίου έρθει σε επαφή με το χάλκινο σύρμα, θα δείτε μια μεταλλική δράση. Όπως γνωρίζουμε, τα μέταλλα έχουν υψηλό σημείο τήξης και βρασμού που σχηματίζει ισχυρούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων.

• CaCl2 – σχηματίζει επίσης μεταλλικές ενώσεις σχηματίζοντας μεταλλικούς δεσμούς.
• Γραφένιο – Είναι αλλότροπα άτομα άνθρακα που εμφανίζουν δισδιάστατο μεταλλικό δεσμό.

Στη χημεία,

1) Νάτριο:Το εξώτατο ηλεκτρόνιο του μετάλλου νατρίου έχει ηλεκτρόνια μεμονωμένου ζεύγους σε τροχιακά 3s. Αυτό το εξώτατο ηλεκτρόνιο ενός ατόμου μοιράζεται με το αντίστοιχο ηλεκτρόνιο ενός γειτονικού ατόμου. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό του μοριακού τροχιακού 3s. Κάθε άτομο νατρίου έχει άλλα οκτώ άτομα στο γείτονά του. Η κατανομή είναι μεταξύ του κεντρικού ατόμου νατρίου και του τροχιακού 3s του γείτονά του. Τα εξωτερικά ηλεκτρόνια αποεντοπίζονται πάνω από τη μεταλλική δομή.

2) Μαγνήσιο:Όπως γνωρίζουμε, το εξωτερικό περίβλημα του μαγνησίου χάνει δύο ηλεκτρόνια τα οποία αποεντοπίζονται. Το μαγνήσιο έχει μεγαλύτερη πυκνότητα ηλεκτρονίων από το νάτριο επειδή η έλξη μεταξύ των πυρήνων και των αποτοποθετημένων δεσμών είναι ισχυρότερη από το νάτριο. Η αντοχή του δεσμού είναι γενικά υψηλότερη στο μαγνήσιο.

3) Αλουμίνιο:Διαθέτει τρία ηλεκτρόνια σθένους στο εξωτερικό του περίβλημα που είναι τροχιακό 3s και 3p. Στο επόμενο βήμα, το αλουμίνιο έχει +3 θετικό φορτίο όταν τα ηλεκτρόνια χαλαρώνουν. Αυτά τα ιόντα συγκρατούνται μεταξύ τους από αρνητικά ηλεκτρόνια παρόλο που απωθούν το ένα το άλλο. Με αυτόν τον τρόπο μοιράζονται τα ηλεκτρόνια και σχηματίζουν μεταλλικούς δεσμούς σχηματίζοντας κρυσταλλική δομή.

Ιδιότητες μεταλλικών δεσμών

1)  ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ – Τα μέταλλα φέρουν ηλεκτρισμό επειδή μεταφέρουν φορτία πάνω τους. Όταν τα μέταλλα θερμαίνονται, τα φορτία ενεργοποιούνται και αρχίζουν να κινούνται σε δράση. Επομένως αγώγουν ηλεκτρισμό.

2) ΕΛΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΛΑΤΤΙΚΟΤΗΤΑ – Τα μέταλλα είναι πολύ ελατά και όλκιμα, καθώς ένα λεπτό φύλλο μπορεί να σχηματιστεί με σφυρηλάτηση ή έλαση μετάλλου, ενώ η πλαστιμότητα είναι η ικανότητα του μετάλλου να παραμορφώνεται σε στερεά κατάσταση.

3) ΥΨΗΛΟ ΣΗΜΕΙΟ τήξης και βρασμού –  Τα μέταλλα έχουν υψηλό σημείο τήξης και βρασμού λόγω του σχηματισμού μεταλλικού δεσμού μεταξύ των ηλεκτρονίων της θάλασσας και του μη εντοπισμένου ηλεκτρονίου του γειτονικού τους ατόμου.

4)  ΛΑΜΨΗ ΚΑΙ ΛΑΜΨΗ – Τα μη εντοπισμένα ηλεκτρόνια απορροφούν και εκπέμπουν ορατό φως. Καθώς τα μέταλλα έχουν συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας, γι' αυτό απορροφάται κάποια ορατή ακτινοβολία που προκαλεί τη γυαλάδα του μετάλλου. Έτσι τα μέταλλα δίνουν χρώματα.

ΜΕΤΑΛΛΙΚΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΙΚΗ ΔΟΜΗ

Συμπέρασμα

Επομένως συμπεραίνουμε ότι τα μέταλλα σχηματίζουν μεταλλικούς δεσμούς όταν βρίσκονται σε στερεή ή υγρή κατάσταση. Καθώς μπορούν να σχηματίσουν μεταλλικούς δεσμούς όταν μοιράζονται τα θαλάσσια ηλεκτρόνια του εξώτατου τροχιακού με το γειτονικό του άτομο. Υπάρχει ένας συγκεκριμένος τύπος ηλεκτροστατικής ελκτικής δύναμης που τα κάνει να παραμένουν μαζί. Η αντοχή των μετάλλων ορίζεται από τον μεταλλικό δεσμό τους καθώς αυτός ο δεσμός εξακολουθεί να υπάρχει όταν τα μέταλλα βράζουν. Μπορούμε επίσης να πούμε ότι τα μέταλλα είναι ισχυρότερα από τα αμέταλλα. Τα μέταλλα έχουν διάφορους τύπους ιδιοτήτων που μπορούν επίσης να περιγραφούν με μεταλλική σύνδεση. Έτσι επιτέλους φτάνουμε στο σημείο ότι «μια δύναμη που κάνει το άτομο να παραμένει μαζί ή να συγκρατείται στενά σε μια μεταλλική ουσία ονομάζεται μεταλλικός δεσμός».