Kovová vazba: mechanismus vzdělávání. Kovové chemické vazby: příklady

Všechny známé chemické látkyprvky v tabulce Mendeleyev jsou konvenčně rozděleny do dvou velkých skupin: kovů a nekovů. Aby se nestaly jen prvky, ale sloučeniny, chemikálie, mohou vzájemně spolupracovat, musí existovat ve formě jednoduchých a složitých látek.

Pro tento účel se snaží některé elektronypřijmout a ostatní - dát. Tímto způsobem se navzájem nahrazují, prvky tvoří různé chemické molekuly. Ale co jim umožňuje zůstat spolu? Proč existují látky takové síly, které nelze ničit ani nejvážnějšími nástroji? A jiní, naopak, jsou zničeni nejmenším vlivem. To vše se vysvětluje tvorbou různých typů chemických vazeb mezi atomy v molekulách, tvorbou krystalové mříže určité struktury.

Druhy chemických vazeb ve sloučeninách

Celkově existují 4 hlavní typy chemických vazeb.

1. Kovalentní nepolární. Vzniká mezi dvěma identickými nekovy způsobenými socializací elektronů, vytvářením společných elektronických párů. Na formování se podílejí vápencové nepárové částice. Příklady: halogeny, kyslík, vodík, dusík, síra, fosfor.
2. Kovalentní polární. Je tvořen mezi dvěma různými nekovy, nebo mezi kovem, který je velmi slabý ve vlastnostech a nekovovým slabým v elektronegativitě. V jádru jsou také běžné elektronové páry a jejich přitahování k sobě atomem, jehož afinita k elektronu je vyšší. Příklady: NH_3, SiC, P₂O₅ a další.
3. Vodíková vazba. Nejvíce nestabilní a slabý, je tvořen mezi silně elektroonegativním atomem jedné molekuly a pozitivním atomem. Nejčastěji se to stane, když se látky rozpustí ve vodě (alkohol, čpavek atd.). Díky takovému spojení mohou existovat makromolekuly proteinů, nukleových kyselin, komplexních sacharidů a tak dále.
4. Iontová vazba. Vzniká díky silám elektrostatického přitahování různě nabitých kovových iontů a nekovů. Čím silnější je rozdíl v tomto ukazateli, tím výraznější je iontový charakter interakce. Příklady sloučenin: binární soli, komplexní sloučeniny - báze, soli.
5. Kovová vazba, jejíž vytvoření a vlastnosti budou dále zvažovány. Je tvořena kovy, jejich slitiny různých druhů.

Existuje taková věc, jako je jednota chemické látkypřipojení. Říká jen, že není možné považovat každou chemickou vazbu za referenci. Všechny jsou podmíněně označené jednotky. Koneckonců, základem všech interakcí je jediný princip - elektronová statická interakce. Proto iontová, kovová, kovalentní vazba a vodíková vazba mají jedinou chemickou povahu a jsou pouze vzájemnými hraničními případy.

Kovy a jejich fyzikální vlastnosti

Kovy jsou v převážné většiněvšechny chemické prvky. To je způsobeno jejich zvláštními vlastnostmi. Značnou část z nich získal člověk jadernými reakcemi v laboratoři, jsou radioaktivní s krátkým poločasem.

Nicméně, většina z nich jsou přirozené prvky,které tvoří celé horniny a rudy, jsou součástí nejdůležitějších sloučenin. Právě z nich se lidé naučili lití slitin a vyrábět spoustu krásných a důležitých produktů. Jedná se o měď, železo, hliník, stříbro, zlato, chrom, mangan, nikl, zinek, olovo a mnoho dalších.

U všech kovů lze rozlišit obecné fyzikální vlastnosti, což vysvětluje schéma pro vytvoření kovové vazby. Jaké jsou tyto vlastnosti?

1. Kovkost a plasticita. Je známo, že mnoho kovů může být válcováno až do stavu fólie (zlato, hliník). Z ostatních jsou získány dráty, kovové ohebné desky, výrobky schopné deformovat se pod fyzickým vlivem, ale okamžitě zotavující tvar po jeho zastavení. Tyto vlastnosti kovů se nazývají tvárnost a plasticita. Důvodem této funkce je kovový typ připojení. Iony a elektrony v křišťálovém skluzu vzájemně vůči sobě bez lámání, což umožňuje zachování integrity celé struktury.
2. Kovový lesk. To také vysvětluje kovovou vazbu, mechanismus vzdělávání, jeho vlastnosti a rysy. Takže ne všechny částice jsou schopny absorbovat nebo odrážet světlo vln stejné délky. Atomy většiny kovů odrážejí krátkovlnné paprsky a získají téměř stejnou barvu stříbra, bílý, světle modrý odstín. Výjimkou jsou měď a zlato, jejich barva je červeně červená a žlutá. Jsou schopny odrážet ožarování s delší vlnovou délkou.
3. Teplo a elektrická vodivost. Tyto vlastnosti také vysvětlit strukturu krystalickou mřížkou a v tom, že se jeho tvorba realizován kovový typ vazby. Vzhledem k „elektronového plynu“, který se pohybuje v krystalu, elektrický proud a teplo rychle a rovnoměrně rozděleny mezi všemi atomy a ionty a vedena přes kovu.
4. Pevný stav za normálních podmínek. Jedinou výjimkou je rtuť. Všechny ostatní kovy jsou nutně silné, pevné sloučeniny, stejně jako jejich slitiny. To je také důsledek přítomnosti kovových vazeb v kovu. Mechanismus tvorby tohoto typu vazby částic zcela potvrzuje vlastnosti.

To jsou základní fyzikální vlastnosti prokovů, což vysvětluje a přesně určuje schéma pro tvorbu kovové vazby. Takový způsob spojení atomů kovových prvků a jejich slitin je skutečný. To je pro ně v pevném a tekutém stavu.

Kovový typ chemické vazby

Jaká je jeho zvláštnost? Věc je taková, že takové spojení není tvořeno na úkor iontů s různým nábojem a jejich elektrostatického přitahování, a nikoliv na úkor rozdílů v elektronegativitě a přítomnosti volných elektronových párů. To znamená, že iontová, kovová, kovalentní vazba má poněkud odlišnou povahu a charakteristické rysy částeček, které jsou vázány.

Všechny kovy jsou charakterizovány takovými vlastnostmi, jako jsou:

• malý počet elektronů na vnější energii (s výjimkou některých výjimek, kde mohou být 6,7 a 8);
• velký atomový poloměr;
• nízká ionizační energie.

To vše přispívá k snadnému oddělení vnějšíchnepárových elektronů z jádra. V atomu je spousta volných orbitálů. Schéma vytváření kovové vazby pouze ukazuje překrývání četných orbitálních buněk různých atomů navzájem, což v důsledku tvoří společný intrakrystalický prostor. Do něj se přivádějí elektrony z každého atomu, které se volně otáčejí kolem různých částí mříže. Pravidelně se každý z nich spojuje s iontem v místě krystalu a přemění ho na atom, pak se opět oddělí a tvoří iont.

Takže kovová vazba je vazbamezi atomy, ionty a volné elektrony v obecném kovovém krystalu. Elektronický oblak, který se volně pohybuje v rámci struktury, se nazývá "elektronový plyn". Vysvětlují většinu fyzikálních vlastností kovů a jejich slitin.

Jak přesně je kov sámchemická vazba? Příklady mohou být různé. Zkusme se podívat na kus lithia. Dokonce i když si vezmete velikost hrachu, budou tam tisíce atomů. Představme si, že každá z těchto tisíců atomů dává svůj valenční jediný elektron do společného krystalického prostoru. Současně s vědomím elektronické struktury tohoto prvku můžete vidět počet prázdných orbitálů. U lithia budou 3 (p-orbitály druhé energetické úrovně). Tři atomy desítek tisíc - to je společný prostor uvnitř krystalu, ve kterém se "elektronový plyn" volně pohybuje.

Látka s kovovou vazbou je vždy silná. Koneckonců, elektronový plyn nedovoluje, aby se krystal rozpadl, ale pouze tyto vrstvy přemístí a potom je obnoví. Svítí, má určitou hustotu (nejčastěji vysokou), tavitelnost, tažnost a plasticitu.

Kde jinde je kov spojen? Příklady látek:

• kovy ve formě jednoduchých struktur;
• všechny kovové slitiny spolu;
• všechny kovy a jejich slitiny v kapalném a tuhém stavu.

Konkrétní příklady mohou být prostě neuvěřitelné, protože kovy v periodickém systému jsou více než 80!

Kovová vazba: mechanismus vzdělávání

Pokud ji budeme považovat za obecnou, základnímomenty, které jsme již uvedli výše. Přítomnost volných atomových orbitálů a elektronů, které se snadno oddělují od jádra kvůli nízké ionizační energii, jsou hlavními podmínkami pro vytvoření tohoto typu spojení. Ukazuje se tedy, že se uskutečňuje mezi následujícími částicemi:

• atomů v mřížcích;
• volné elektrony, které byly kovy valence;
• iontů v místech krystalové mříže.

Výsledkem je kovové spojení. Mechanismus vzdělávání v obecné podobě je vyjádřen následujícím záznamem: Me⁰ - e^- ↔ Me^{n +}. Z diagramu je zřejmé, které částice jsou přítomny v krystalu kovu.

Krystaly samotné mohou mít různé tvary. Závisí to na konkrétní látce, s níž se zabýváme.

Typy kovových krystalů

Tato struktura kovu nebo jeho slitinycharakterizované velmi hustým zabalením částic. Je poskytována ionty na krystalových místech. Samotná mřížka může mít různé geometrické tvary v prostoru.

1. Cubická mřížka se středem těla je alkalické kovy.
2. Šestihranná kompaktní konstrukce je alkalická zemina kromě bária.
3. Face-centric cubic - hliník, měď, zinek, mnoho přechodných kovů.
4. Rohomedrální struktura je v rtuti.
5. Tetragonál je indium.

Čím těžší je kov a tím nižší jeperiodický systém, čím složitější je jeho obal a prostorová organizace krystalu. V tomto případě je pro konstrukci krystalů rozhodující kovová chemická vazba, jejíž příklady mohou být uvedeny pro každý existující kov. Slitiny mají ve vesmíru velmi rozmanité organizace, některé z nich ještě nebyly plně prozkoumány.

Komunikační charakteristiky: nesměřitelnost

Kovalentní a kovové vazby mají jednuvýrazná charakteristický rys. Na rozdíl od první, kovová vazba není namířen. Co to znamená? To znamená, že elektronový oblak uvnitř krystalu pohybuje zcela volně v něm v různých směrech, přičemž každý z elektronu je schopen se připojit k absolutně žádné ionty ve struktuře uzlů. To znamená, že interakce se provádí v různých směrech. Proto se říká, že kovová vazba - nesměrové.

Objevuje se mechanismus kovalentní vazbytvorba společných elektronických párů, tedy mraků překrývajících se atomů. Stává se to striktně podle určité linie, která spojuje jejich centra. Proto mluvíme o směru takového spojení.

Saturace

Tato charakteristika odráží schopnost atomůomezené nebo neomezené interakce s ostatními. Takže kovalentní a kovové vazby v tomto indikátoru jsou opačné.

První je saturační. Atomy, které se podílejí na jeho tvorbě, mají striktně definovaný počet valenčních vnějších elektronů, které se přímo podílejí na tvorbě sloučeniny. Více než on je, nebude mít elektrony. Proto je počet vytvořených vazeb omezen valencí. Z tohoto důvodu je saturace vazby. Díky této charakteristice má většina sloučenin konstantní chemické složení.

Kovové a vodíkové vazby, naopak,nenasycené. To je vysvětleno přítomností četných volných elektronů a orbitálů uvnitř krystalu. Také role hrají ionty v mřížích, z nichž každá se může stát atomem a opět iontem kdykoliv.

Další charakteristika kovové vazby -delokalizace vnitřního elektronového mraku. To se projevuje schopností malého počtu společných elektronů svázat mnoho atomových jader kovů. To znamená, že hustota, jakoby byla, byla delokalizována a distribuována rovnoměrně mezi všechny vazby krystalu.

Příklady vytváření vazby v kovu

Uvažujme několik konkrétních možností, které ilustrují způsob vytvoření kovové vazby. Příklady látek jsou následující:

• zinek;
• hliník;
• draslík;
• chrome.

Tvorba kovové vazby mezi atomy zinku: Zn⁰ - 2e^- ↔ Zn²⁺. Atom zinku jsou čtyři energetické úrovně. Volné orbitály, založené na elektronické struktuře, má 15 - 3 na p-orbitals, 5 na 4 d a 7 na 4f. Elektronická struktura je následující: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁰4d⁰4f⁰ , celkem v atomu 30 elektronů. To znamená, že dvě volné valence negativní částice se mohou pohybovat v rámci 15 prostorných a neobsazených orbitálů. A tak na každém atomu. Výsledkem je obrovský společný prostor tvořený prázdnými orbitály a malým počtem elektronů, které spojují celou strukturu dohromady.

Kovová vazba mezi atomy hliníku: AL⁰ - e^- ↔ AL³⁺ . Třináct elektronů atomu hliníku se nachází na třech úrovních energie, které zjevně mají dost naplnit. Elektronická struktura: 1s²2s²2p⁶3s²3p¹3d⁰. Volné orbitály - 7 kusů. Je zřejmé, že elektronový mrak bude malý ve srovnání s obecným vnitřním volným prostorem v krystalu.

Kovová vazba z chromu. Tento prvek je zvláštní v elektronické struktuře. Koneckonců, aby stabilizoval systém, došlo k selhání elektronu od 4s do 3d orbitální: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵4p⁰4d⁰4f⁰. Celkem 24 elektronů, z nichž valenceukazuje šest. Právě oni jdou do společného elektronického prostoru pro vytváření chemických vazeb. Volné orbitály 15, což je ještě mnohem víc, než je zapotřebí pro plnění. Chróm je tedy také typickým příkladem kovu s vhodnou vazbou v molekule.

Jeden z nejaktivnějších kovů reagujedokonce i s obyčejnou vodou s ohněm, je draslík. Co vysvětluje tyto vlastnosti? Opět v mnoha ohledech - kovový typ připojení. V tomto prvku je pouze 19 elektronů, ale nachází se na 4 úrovních energie. To znamená, že na 30 orbitalech různých podzemních ploch. Elektronická struktura: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁰4p⁰4d⁰4f⁰. Jen dva valenční elektrony, s velmi nízkýmionizační energie. Volný odchod a jít do běžného elektronického prostoru. Orbital k přesunutí jednoho atomu 22 kusů, což je velmi velký volný prostor pro "elektronický plyn".

Podobnost a rozdílnost s jinými typy připojení

Obecně platí, že tento problém již byl diskutován výše. Jeden může pouze zobecnit a vyvodit závěr. Hlavní charakteristiky všech ostatních typů komunikačních vlastností kovových krystalů jsou:

• několik druhů částic zapojených do procesu vazby (atomy, ionty nebo atomové ionty, elektrony);
• různá prostorová geometrická struktura krystalů.

S vodíkem a kovem s iontovou vazbouspojuje nenasycenost a nesměrovost. S kovalentní polární - silnou elektrostatickou přitažlivostí mezi částicemi. Odděleně s iontovými - typy částic v uzlech krystalové mřížky (ionty). S kovalentními nepolárními atomy v uzlech krystalu.

Typy vazeb v kovu různých agregátních stavů

Jak jsme poznamenali výše, kovová chemická vazba, jejíž příklady jsou uvedeny ve výrobku, je tvořena ve dvou agregovaných stavech kovů a jejich slitin: pevná a kapalná.

Vyvstává otázka: jaký je typ vazby v kovových parách? Odpověď: kovalentní polární a nepolární. Stejně jako u všech sloučenin ve formě plynu. To znamená, že když se kov dlouho zahřívá a přenese z pevného stavu do kapalné vazby, zachová se krystalová struktura. Nicméně pokud jde o přenos kapaliny do stavu par, krystal je zničen a kovová vazba je konvertována na kovalentní.