KOVOVÁ VÄZBA: VLASTNOSTI, AKO SA TVORÍ A PRÍKLADY - CHÉMIA

Kovová väzba je ten, ktorý drží atómy kovové prvky pevne spolu. Je prítomný v kovoch a definuje všetky svoje fyzikálne vlastnosti, ktoré ich charakterizujú ako tvrdé, tvárné, kujné materiály a dobré vodiče tepla a elektriny.

Zo všetkých chemických väzieb je kovová väzba jediná, kde elektróny nie sú umiestnené výlučne medzi párom atómov, ale sú delokalizované medzi miliónmi z nich v akomkoľvek lepidle alebo „mori elektrónov“, ktoré ich drží pevne pri sebe. alebo súdržný.

Medená kovová väzba

Predpokladajme napríklad kovovú meď. V meďi sa jej atómy Cu vzdajú svojich valenčných elektrónov, aby vytvorili kovovú väzbu. Nad touto väzbou sú znázornené katióny Cu ²⁺ (modré kruhy) obklopené elektrónmi (žlté kruhy). Elektróny ešte nie sú: pohybujú sa cez medený kryštál. V kovoch však nehovoríme formálne o katiónoch, ale o atómoch neutrálnych kovov.

Kovové spojenie sa overuje skúmaním vlastností kovových prvkov, ako aj vlastností ich zliatin. Obsahujú sériu lesklých, strieborných, tvrdých a tvrdých materiálov, ktoré majú tiež vysoké teploty topenia a teploty varu.

Ako sa vytvára kovová väzba?

Kovová väzba v zinku

Kovová väzba je tvorená iba medzi jednou skupinou alebo skupinou atómov kovu. Aby sa elektróny mohli premiestniť cez kovový kryštál, musí existovať „diaľnica“, po ktorej môžu cestovať. Toto je navrhnuté z prekrývania všetkých atómových orbitálov susedných atómov.

Zoberme si napríklad rad atómov zinku, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Tieto atómy prekrývajú ich valenčné atómové orbitaly, aby vytvorili molekulárne orbitaly. Tieto molekulárne orbitaly sa naopak prekrývajú s ostatnými orbitálmi susedných atómov Zn.

Každý atóm zinku prispieva dvoma kovmi, aby prispeli k kovovej väzbe. Týmto spôsobom prekrývanie alebo spojenie molekulárnych orbitálov a atómov darovaných zinkom vedie k „diaľnici“, ktorou sú elektróny delokalizované v celom kryštáli, ako keby išlo o lepidlo alebo more elektrónov, pokrývajúce alebo kúpanie všetkých kovových atómov.

Vlastnosti kovovej väzby

štruktúry

Kovová väzba vytvára kompaktné štruktúry, v ktorých sú atómy úzko spojené, bez veľkej vzdialenosti, ktorá ich oddeľuje. V závislosti od typu špecifickej štruktúry existujú rôzne kryštály, niektoré hustejšie ako iné.

V kovových štruktúrach sa nehovorí o molekulách, ale o neutrálnych atómoch (alebo katiónoch, podľa iných perspektív). Ak sa vrátime napríklad z medi, vo svojich stlačených kryštály nie sú Cu ₂ molekuly s kovalentnej väzby Cu-Cu.

reorganizácie

Kovová väzba má tú vlastnosť, že sa sama reorganizuje. To sa nestane pri kovalentných a iónových väzbách. Ak sa kovalentná väzba rozbije, nebude sa znova formovať, akoby sa nič nestalo. Elektrické náboje na iónovej väzbe sú nemenné, pokiaľ nedochádza k chemickej reakcii.

Na vysvetlenie tohto bodu použite napríklad kovovú ortuť.

Kovová väzba medzi dvoma susednými atómami ortuti, Hg ··· Hg, sa môže zlomiť a znova vytvoriť s ďalším susedným atómom, ak je kryštál vystavený vonkajšej sile, ktorá ho deformuje.

Tým sa väzba reorganizuje, zatiaľ čo sklo podlieha deformácii. To dáva kovom vlastnosti tvárnej a tvárnej hmoty. Inak sa rozbijú ako kúsky skla alebo keramiky, aj keď sú horúce.

Tepelné a elektrické vodivosti

Vlastnosť, ktorú má kovová väzba spočívajúca v delokalizácii elektrónov, dáva kovom schopnosť viesť teplo a elektrinu. Je to tak preto, lebo elektróny sú delokalizované a pohybujú sa všade, efektívne prenášajú atómové vibrácie, akoby to bola vlna. Tieto vibrácie sa premieňajú na teplo.

Na druhej strane, keď sa elektróny pohybujú, zostávajú prázdne medzery, ktoré môžu ostatní obsadzovať, takže majú elektronické voľné miesto, cez ktoré môže viac elektrónov „bežať“, a tak vytvárať elektrický prúd.

Toto je všeobecné vysvetlenie elektrickej vodivosti kovov bez toho, aby sme sa zaoberali fyzikálnymi teóriami, ktoré sú za javom.

Kovový lesk

Delocalizované a mobilné elektróny môžu tiež interagovať s fotónmi vo viditeľnom svetle a odmietať ich. V závislosti od hustoty a povrchu kovu môže vykazovať rôzne odtiene šedej alebo striebornej alebo dokonca dúhové iskry. Najvýnimočnejšie sú prípady medi, ortuti a zlata, ktoré absorbujú fotóny určitých frekvencií.

Elektrónová delokalizácia

Na pochopenie kovovej väzby je potrebné pochopiť, čo sa myslí delokalizáciou elektrónov. Nie je možné určiť, kde sú elektróny. Dá sa však odhadnúť, v ktorej oblasti vesmíru sa pravdepodobne nachádzajú. V kovalentnej väzbe AB je pár elektrónov distribuovaný v priestore, ktorý oddeľuje atómy A a B; potom sa hovorí, že sú umiestnené medzi A a B.

V kovovej väzbe AB však nie je možné povedať, že elektróny sa správajú rovnako ako v kovalentnej väzbe AB. Nie sú umiestnené medzi dvoma špecifickými atómami A a B, ale sú rozptýlené alebo nasmerované do iných častí pevnej látky, kde sú tiež zhutnené, to znamená úzko spojené, atómy A a B.

Ak je to tak, elektróny kovovej väzby sa považujú za delokalizované: putujú ktorýmkoľvek smerom, kde sú atómy A a B, ako je to znázornené na prvom obrázku s atómami medi a ich elektrónmi.

Preto v kovovej väzbe hovoríme o delokalizácii týchto elektrónov a táto charakteristika je zodpovedná za mnoho vlastností, ktoré majú kovy. Na tom je tiež založená teória mora elektrónov.

Príklady kovových väzieb

Niektoré bežne používané kovové spoje v každodennom živote sú nasledujúce:

- Kovové prvky

zinok

Kovová väzba v zinku

V zinku, prechodnom kove, sú jeho atómy spojené kovovou väzbou.

Zlato (Au)

Čisté zlato, rovnako ako zliatiny tohto materiálu s meďou a striebrom, sa v súčasnosti vo veľkej miere používajú v jemných šperkoch.

Meď (Cu)

Tento kov je široko používaný v elektrických aplikáciách vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam vodivosti elektriny.

Striebro (Ag)

Vzhľadom na svoje vlastnosti sa tento kov často používa v aplikáciách jemných šperkov aj v priemyselnej oblasti.

Nikel (Ni)

V čistom stave sa zvyčajne používa na výrobu mincí, batérií, zlievarní alebo rôznych kovových častí.

Kadmium (Cd)

Je to veľmi toxický materiál a používa sa pri výrobe batérií.

Platina (Pt)

Používa sa v jemných šperkoch (zliatiny so zlatom) a pri výrobe laboratórnych meracích prístrojov a zubných implantátov.

Titán (Ti)

Tento kov sa bežne používa v strojárstve, ako aj pri výrobe osteosyntetických implantátov, priemyselných aplikácií a šperkov.

Olovo (Pb)

Tento materiál sa používa na výrobu elektrických vodičov, konkrétnejšie na výrobu vonkajšieho plášťa telefónnych a telekomunikačných káblov.

- Kovové zlúčeniny

Obyčajná oceľ

Reakcia železa s uhlíkom produkuje bežnú oceľ, materiál, ktorý je oveľa odolnejší voči mechanickému namáhaniu v porovnaní so železom.

Nehrdzavejúca oceľ

Variácia vyššie uvedeného materiálu sa dá nájsť kombináciou bežnej ocele s prechodnými kovmi, ako je chróm a nikel.

bronz

Vyrába sa kombináciou medi s cínom v približnom pomere 88%, respektíve 12%. Používa sa pri výrobe mincí, nástrojov a verejných ozdôb.

Zliatiny ortuti

Rôzne zliatiny ortuti s inými prechodnými kovmi, ako sú striebro, meď a zinok, vyrábajú amalgámy používané v zubnom lekárstve.

Chrome Platinum Alloy

Tento typ zliatiny sa bežne používa na výrobu žiletiek.

Pieltre

Táto zliatina cínu, antimónu, obálky a bizmutu sa bežne používa na výrobu domácich potrieb.

mosadz

Vyrába sa kombináciou medi so zinkom v pomere 67%, respektíve 33%. Používa sa pri výrobe hardvérových položiek.

More of Electron Theory

Jednoduché znázornenie mora elektrónov. Zdroj: Muskid

Vyššie uvedený obrázok zobrazuje koncept mora elektrónov. Podľa teórie mora elektrónov uvoľnili atómy kovov svoje valenčné elektróny (záporné náboje), aby sa stali atómovými iónmi (kladné náboje). Uvoľnené elektróny sa stávajú súčasťou mora, v ktorom sú delokalizované na každý palec kovového kryštálu.

To však neznamená, že kov sa skladá z iónov; jeho atómy sú v skutočnosti neutrálne. Nehovoríme o iónoch Hg ⁺ v kvapalnej ortuti, ale o neutrálnych atómoch Hg.

Ďalším spôsobom, ako si predstaviť more elektrónov, je predpoklad neutrality atómov. Teda, aj keď dávajú svojim elektrónom definovať kovovú väzbu, ktorá ich udržuje pevne súdržná, tiež okamžite prijímajú ďalšie elektróny z iných oblastí kryštálu, takže nikdy nezískajú kladný náboj.

Táto teória vysvetľuje, prečo sú kovy húževnaté, poddajné a ako môžu byť väzby preusporiadané tak, aby umožnili deformáciu kryštálu bez porušenia. Niektorí ľudia nazývajú toto more elektrónov „elektronickým cementom“, pretože je schopné pohybu, ale za normálnych podmienok tuhne a udržuje pevné a pevné kovové atómy.

Referencie

Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Kovové lepenie. Obnovené z: en.wikipedia.org
Editori encyklopédie Britannica. (4. apríla 2016). Kovová väzba. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. januára 2020). Kovové väzby: Definícia, vlastnosti a príklady. Získané z: thinkco.com
Jim Clark. (29. septembra 2019). Kovové lepenie. Chémia LibreTexts. Obnovené z: chem.libretexts.org
Mary Ellen Ellis. (2020). Čo je to kovový dlhopis? - Definícia, vlastnosti a príklady. Štúdia. Obnovené z: study.com

KOVOVÁ VÄZBA: VLASTNOSTI, AKO SA TVORÍ A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025