Металлические кристаллы. Металлическая связь

Около 90% элементов периодической системы обладают металлическими свойствами. К металлическим элементам относятся все s-элементы (кроме Н и Не), все d- и f-элементы, а также часть p-элементов. Металлическую кристаллическую решетку имеют бинарные соединения переходных металлов (карбиды, гидриды, фосфиды, нитриды и оксиды).

Металлические свойства определяются высокими значениями электропроводности и теплопроводности, тягучестью и ковкостью, металлическим блеском, а также высокой отражательной способностью в видимой части спектра.

По энергии кристаллической решетки металлы занимают промежуточное положение между молекулярными и ковалентными кристаллами (Е _Na= 108 кДж/моль).

Чрезвычайно высокие значения по сравнению с другими типами кристаллов электропроводности и теплопроводности указывают на высокую подвижность и большую «свободу» электронов в пространственной структуре кристалла.

С точки зрения теории строения атомов характерные металлические свойства проявляют вещества, образованными элементами с небольшим числом валентных электронов и значительным числом вакантных орбиталей на последнем энергетическом уровне.

3p 3d 3d 3p

Na 3s 3s Na

За счет этих особенностей при кристаллизации атомы будут укладываться с максимально возможной плотностью, чтобы их незаполненные орбитали оказались заселены валентными электронами.

Таким образом, валентные электроны участвуют в образовании связей сразу с 8 или 12 атомами. В этих условиях валентные электроны с небольшой энергией ионизации перемещаются по доступным орбиталям всех соседних атомов, обеспечивая связь между ними. Валентные электроны в металлических кристаллах являются нелокализованными. Такая нелокализованная связь называется металлической связью. Для ее описания используется модель "свободного электрона", согласно которой в узлах кристаллической решетки находятся катионы, погруженные в "электронный газ" из нелокализованных электронов (рис.1.17).

·

Рис.1.17

Устойчивость такой системы объясняется силами притяжения между катионной решеткой и «электронным газом», движение которого подчиняется классическим законам движения газообразных молекул.

С увеличением температуры увеличивается амплитуда колебаний катионов, а значит, уменьшается длина свободного пробега электронов в кристалле, что приводит к снижению его электрической проводимости.

Большинство металлов в силу ненаправленного характера металлической связи кристаллизуются в структуры плотнейшей упаковки.

Дата добавления: 2013-12-12