O legătură metalică este un tip de legătură chimică format între atomii încărcați pozitiv în care electronii liberi sunt împărțiți între o grilă de cationi. În contrast, covalentă și legături ionice se formează între doi atomi discrete. Lipirea metalică este principalul tip de legătură chimică care se formează între atomii metalici.
Legăturile metalice sunt văzute în pur metale și aliaje și unele metaloide. De exemplu, grafenul (un alotrop de carbon) prezintă legături metalice bidimensionale. Metalele, chiar și cele pure, pot forma alte tipuri de legături chimice între atomii lor. De exemplu, ionul mercur (Hg22+) pot forma legături covalente metal-metal. Galiul pur formează legături covalente între perechile de atomi care sunt legate prin legături metalice cu perechile înconjurătoare.
Cum funcționează obligațiunile metalice
Nivelurile de energie exterioară ale atomilor de metal ( s și p orbitali) se suprapun. Cel puțin unul dintre electronii de valență care participă la o legătură metalică nu este împărțit cu un atom vecin și nici nu se pierde pentru a forma un ion. În schimb, electronii formează ceea ce se poate numi „marea electronilor” în care electronii de valență sunt liberi să se deplaseze de la un atom la altul.
Modelul mării electronilor este o simplificare excesivă a legăturilor metalice. Calculele bazate pe structura electronică a benzii sau funcțiile de densitate sunt mai precise. Lipirea metalică poate fi văzută ca o consecință a unui material care are multe stări energetice mai delocalizate decât acesta are electroni delocalizați (deficiență de electroni), astfel încât electronii neperecați localizați pot deveni delocalizați și mobil. Electronii pot schimba stările energetice și se pot deplasa pe o grilă în orice direcție.
Lipirea poate, de asemenea, forma formațiunii metalice de cluster, în care electronii delocați curg în jurul miezurilor localizate. Formarea obligațiunilor depinde foarte mult de condiții. De exemplu, hidrogenul este un metal sub înaltă presiune. Pe măsură ce presiunea este redusă, legătura se schimbă de la covalent metalic la nonpolar.
Relaționarea obligațiunilor metalice cu proprietățile metalice
Deoarece electronii sunt delocalizați în jurul nucleelor încărcate pozitiv, legătura metalică explică multe proprietăți ale metalelor.
Conductivitate electrică: Majoritatea metalelor sunt conductori electrici excelenți, deoarece electronii din marea electronilor sunt liberi să se miște și să încarce. Nemetalele conductive (cum ar fi grafitul), compușii ionici topiți și compușii ionici apoși conduc electricitatea din același motiv - electronii sunt liberi să se miște.
Conductivitate termică: Metalele conduc căldura, deoarece electronii liberi sunt capabili să transfere energia departe de sursa de căldură și, de asemenea, datorită vibrațiilor atomilor (fononi), se deplasează printr-un metal solid ca undă.
Ductilitate: Metalele tind să fie ductile sau capabile să fie trase în fire subțiri, deoarece legăturile locale între atomi pot fi ușor rupte și, de asemenea, reformate. Atomi singulari sau foi întregi din ei pot aluneca unul peste altul și pot reforma legături.
Maleabilitate: Metalele sunt adesea maleabile sau capabile să fie turnate sau turnate într-o formă, din nou, deoarece legăturile dintre atomi se rup ușor și se reformează. Forța de legătură între metale nu este direcțională, astfel încât desenarea sau modelarea unui metal este mai puțin probabil să o fractureze. Electronii dintr-un cristal pot fi înlocuiți cu alții. În plus, deoarece electronii sunt liberi să se îndepărteze unul de celălalt, lucrul unui metal nu forțează împreună ioni ca și sarcini, care ar putea fractura un cristal prin repulsia puternică.
Lustru metalic: Metalele tind să fie strălucitoare sau să prezinte luciu metalic. Sunt opace odată ce se obține o anumită grosime minimă. Marea electronilor reflectă fotonii de pe suprafața netedă. Există o limită de frecvență superioară a luminii care poate fi reflectată.
Atracția puternică dintre atomi în legături metalice face ca metalele să fie puternice și le conferă densitate ridicată, punct de topire ridicat, punct de fierbere ridicat și volatilitate scăzută. Există excepții. De exemplu, mercurul este un lichid în condiții obișnuite și are o presiune mare de vapori. De fapt, toate metalele din grupa zincului (Zn, Cd și Hg) sunt relativ volatile.
Cât de puternice sunt obligațiunile metalice?
Deoarece forța unei legături depinde de atomii săi participanți, este dificil să se clasifice tipuri de legături chimice. Legăturile covalente, ionice și metalice pot fi toate legături chimice puternice. Chiar și în metalul topit, lipirea poate fi puternică. Galiul, de exemplu, este nevolatil și are un punct de fierbere ridicat, chiar dacă are un punct de topire scăzut. Dacă condițiile sunt corecte, lipirea metalică nu necesită nici măcar o grilă. Acest lucru a fost observat la ochelari, care au o structură amorfă.