Metallisk binding: definisjon, egenskaper og eksempler

Forstå hvordan metallisk liming fungerer

En metallisk binding er en type kjemisk binding dannet mellom positivt ladede atomer der de frie elektronene er delt mellom et gitter av kationer . I motsetning, kovalent og ioniske bindinger dannes mellom to adskilte atomer. Metallisk binding er hovedtypen kjemisk binding som dannes mellom metallatomer.

MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY / Getty Images

Metalliske bindinger sees i renhet metaller og legeringer og noen metalloider. For eksempel viser grafen (en allotrop av karbon) todimensjonal metallisk binding. Metaller, selv rene, kan danne andre typer kjemiske bindinger mellom atomene deres. For eksempel kvikksølvionet (Hg_to²⁺) kan danne metall-metall kovalente bindinger. Rent gallium danner kovalente bindinger mellom par av atomer som er forbundet med metalliske bindinger til omgivende par.

Hvordan metalliske bindinger fungerer

De ytre energinivåene til metallatomer (den s og s orbitaler) overlapper hverandre. Minst ett av valenselektronene som deltar i en metallisk binding deles ikke med et naboatom, og det går heller ikke tapt for å danne et ion. I stedet danner elektronene det som kan kalles et 'elektronhav' der valenselektroner er frie til å bevege seg fra ett atom til et annet.

Elektronhavsmodellen er en overforenkling av metallisk binding. Beregninger basert på elektronisk båndstruktur eller tetthetsfunksjoner er mer nøyaktige. Metallisk binding kan sees på som en konsekvens av at et materiale har mange flere delokaliserte energitilstander enn det har delokaliserte elektroner (elektronmangel), så lokaliserte uparrede elektroner kan bli delokaliserte og mobile. Elektronene kan endre energitilstander og bevege seg gjennom et gitter i alle retninger.

Binding kan også ta form av metallisk klyngedannelse, der delokaliserte elektroner strømmer rundt lokaliserte kjerner. Bindingsdannelse avhenger sterkt av forholdene. For eksempel er hydrogen et metall under høyt trykk. Når trykket reduseres, endres bindingen fra metallisk til ikke-polar kovalent.

Relaterer metalliske bindinger til metalliske egenskaper

Fordi elektroner er delokalisert rundt positivt ladede kjerner, forklarer metallisk binding mange egenskaper til metaller.

ImageGap / Getty Images

Elektrisk Strømføringsevne : De fleste metaller er utmerkede elektriske ledere fordi elektronene i elektronhavet er fritt til å bevege seg og bære ladning. Ledende ikke-metaller (som grafitt), smeltede ioniske forbindelser og vandige ioniske forbindelser leder elektrisitet av samme grunn - elektroner kan bevege seg fritt.

Termisk ledningsevne : Metaller leder varme fordi de frie elektronene er i stand til å overføre energi bort fra varmekilden og også fordi vibrasjoner av atomer (fononer) beveger seg gjennom et fast metall som en bølge.

Duktilitet : Metaller har en tendens til å være formbare eller i stand til å trekkes inn i tynne ledninger fordi lokale bindinger mellom atomer lett kan brytes og også omdannes. Enkelte atomer eller hele ark av dem kan gli forbi hverandre og reformere bindinger.

Formbarhet : Metaller er ofte formbare eller i stand til å støpes eller bankes til en form, igjen fordi bindinger mellom atomer lett brytes og reformeres. Bindingskraften mellom metaller er ikke-retningsbestemt, så tegning eller forming av et metall er mindre sannsynlig å knekke det. Elektroner i en krystall kan erstattes av andre. Videre, fordi elektronene er frie til å bevege seg bort fra hverandre, tvinger ikke bearbeiding av et metall sammen like-ladede ioner, noe som kan bryte en krystall gjennom den sterke frastøtingen.

Metallisk glans : Metaller har en tendens til å være skinnende eller ha metallisk glans. De er ugjennomsiktige når en viss minimumstykkelse er oppnådd. Elektronhavet reflekterer fotoner fra den glatte overflaten. Det er en øvre frekvensgrense for lyset som kan reflekteres.

Den sterke tiltrekningen mellom atomer i metalliske bindinger gjør metaller sterke og gir dem høy tetthet, høyt smeltepunkt, høyt kokepunkt og lav flyktighet. Det finnes unntak. For eksempel er kvikksølv en væske under vanlige forhold og har et høyt damptrykk. Faktisk er alle metallene i sinkgruppen (Zn, Cd og Hg) relativt flyktige.

Hvor sterke er metalliske bindinger?

Fordi styrken til en binding avhenger av de deltakende atomene, er det vanskelig å rangere typer kjemiske bindinger. Kovalente, ioniske og metalliske bindinger kan alle være sterke kjemiske bindinger. Selv i smeltet metall kan bindingen være sterk. Gallium er for eksempel ikke-flyktig og har et høyt kokepunkt selv om det har et lavt smeltepunkt. Hvis forholdene er riktige, krever metallisk binding ikke engang et gitter. Dette er observert i glass, som har en amorf struktur.