LIÊN KẾT KIM LOẠI: TÍNH CHẤT, CÁCH NÓ ĐƯỢC HÌNH THÀNH VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2025

Liên kết kim loại là liên kết giữ chặt các nguyên tử của các nguyên tố kim loại với nhau. Nó có trong kim loại và xác định tất cả các tính chất vật lý của chúng, đặc trưng cho chúng là vật liệu cứng, dẻo, dễ uốn và dẫn nhiệt và điện tốt.

Trong tất cả các liên kết hóa học, liên kết kim loại là liên kết duy nhất mà các điện tử không nằm riêng giữa một cặp nguyên tử, mà được phân chia giữa hàng triệu chúng trong một loại keo hoặc "biển điện tử" giữ chúng chặt chẽ với nhau. hoặc cố kết.

Liên kết kim loại đồng

Ví dụ, giả sử đồng kim loại. Trong đồng, các nguyên tử Cu của nó nhường electron hóa trị để tạo liên kết kim loại. Trên liên kết này được biểu diễn dưới dạng các cation Cu ²⁺ (vòng tròn màu xanh) được bao quanh bởi các electron (vòng tròn màu vàng). Các electron không đứng yên: chúng di chuyển khắp tinh thể đồng. Tuy nhiên, trong kim loại, chúng ta không nói chính thức về cation, mà nói về các nguyên tử kim loại trung tính.

Liên kết kim loại được xác minh bằng cách kiểm tra các đặc tính của các nguyên tố kim loại, cũng như của các hợp kim của chúng. Chúng tích hợp một loạt các vật liệu sáng bóng, bạc, dai, cứng, cũng có nhiệt độ nóng chảy và sôi cao.

Liên kết kim loại được hình thành như thế nào?

Liên kết kim loại trong kẽm

Liên kết kim loại chỉ được hình thành giữa một tập hợp hoặc một nhóm nguyên tử kim loại. Để các electron di chuyển khắp tinh thể kim loại, cần phải có một "đường cao tốc" để chúng có thể di chuyển. Điều này được thiết kế từ sự chồng chéo của tất cả các obitan nguyên tử của các nguyên tử lân cận.

Ví dụ, xét một hàng nguyên tử kẽm, Zn ·· Zn ·· Zn ···. Các nguyên tử này xen phủ các obitan nguyên tử hóa trị của chúng để tạo ra các obitan phân tử. Ngược lại, các obitan phân tử này xen phủ với các obitan khác của các nguyên tử Zn lân cận.

Mỗi nguyên tử kẽm đóng góp hai electron để tạo nên liên kết kim loại. Theo cách này, sự xen phủ hoặc liên kết của các obitan phân tử, và các nguyên tử được tạo bởi kẽm, tạo ra một "đường cao tốc" mà qua đó các điện tử được phân định vị trí trong toàn bộ tinh thể như thể chúng là một chất keo hoặc một biển điện tử, bao phủ hoặc tắm tất cả các nguyên tử kim loại.

Tính chất của liên kết kim loại

cấu trúc

Liên kết kim loại bắt nguồn từ các cấu trúc nhỏ gọn, nơi các nguyên tử liên kết chặt chẽ với nhau, không có nhiều khoảng cách ngăn cách chúng. Tùy thuộc vào loại cấu trúc cụ thể, có các tinh thể khác nhau, một số đặc hơn những tinh thể khác.

Trong cấu trúc kim loại, người ta không nói đến phân tử, mà nói đến các nguyên tử trung hòa (hoặc cation, theo quan điểm khác). Trở lại ví dụ về đồng, trong tinh thể nén chặt của nó không có phân tử Cu ₂ , có liên kết cộng hóa trị Cu-Cu.

Tổ chức lại

Liên kết kim loại có đặc tính tự tổ chức lại. Điều này không xảy ra với liên kết cộng hóa trị và liên kết ion. Nếu một liên kết cộng hóa trị bị đứt, nó sẽ không hình thành lại như chưa có gì xảy ra. Ngoài ra, điện tích trên liên kết ion là bất biến trừ khi xảy ra phản ứng hóa học.

Hãy xem xét ví dụ kim loại thủy ngân để giải thích điểm này.

Liên kết kim loại giữa hai nguyên tử thủy ngân liền kề, Hg ·· Hg, có thể bị đứt và hình thành lại với một nguyên tử lân cận khác nếu tinh thể chịu tác dụng của ngoại lực làm biến dạng nó.

Do đó, liên kết được tổ chức lại trong khi thủy tinh bị biến dạng. Điều này mang lại cho kim loại các đặc tính của vật liệu dễ uốn và dễ uốn. Nếu không, chúng sẽ vỡ như mảnh thủy tinh hoặc gốm, ngay cả khi còn nóng.

Độ dẫn nhiệt và điện

Đặc tính mà liên kết kim loại có được là sự phân chia các electron của nó cũng mang lại cho kim loại khả năng dẫn nhiệt và điện. Điều này là do, vì các electron được phân chia và di chuyển khắp mọi nơi, chúng truyền các dao động nguyên tử một cách hiệu quả như thể nó là một làn sóng. Những rung động này chuyển thành nhiệt.

Mặt khác, khi các electron chuyển động, các khoảng trống sẽ bị bỏ lại mà những người khác có thể chiếm giữ, do đó có một khoảng trống điện tử mà qua đó nhiều electron hơn có thể “chạy” và do đó tạo ra dòng điện.

Về nguyên tắc, không đề cập đến các lý thuyết vật lý đằng sau hiện tượng, đây là lời giải thích chung về tính dẫn điện của kim loại.

Ánh kim loại

Các electron di động và phân chia cũng có thể tương tác và loại bỏ các photon trong ánh sáng nhìn thấy. Tùy thuộc vào mật độ và bề mặt của kim loại, nó có thể thể hiện các sắc thái khác nhau của màu xám hoặc bạc, hoặc thậm chí lấp lánh ánh kim. Các trường hợp đặc biệt nhất là đồng, thủy ngân và vàng, chúng hấp thụ các photon có tần số nhất định.

Phân vùng điện tử

Để hiểu liên kết kim loại, cần phải hiểu ý nghĩa của sự phân chia các electron. Không thể xác định được vị trí của các electron. Tuy nhiên, có thể ước tính chúng có khả năng được tìm thấy trong vùng không gian nào. Trong liên kết cộng hoá trị AB, cặp electron phân bố trong vùng không gian ngăn cách nguyên tử A và B; sau đó chúng được cho là nằm giữa A và B.

Tuy nhiên, trong liên kết kim loại AB, không thể nói rằng các electron hoạt động giống như trong liên kết cộng hóa trị AB. Chúng không nằm giữa hai nguyên tử cụ thể của A và B, nhưng được khuếch tán hoặc hướng đến các phần khác của chất rắn ở đó cũng được nén chặt, nghĩa là, liên kết chặt chẽ với các nguyên tử A và B.

Khi điều này xảy ra như vậy, các electron của liên kết kim loại được cho là bị phân chia: chúng di chuyển theo bất kỳ hướng nào có các nguyên tử A và B, như thể hiện trong hình ảnh đầu tiên với các nguyên tử đồng và các electron của chúng.

Do đó, trong liên kết kim loại, chúng ta nói về sự phân chia của các electron này, và đặc tính này là nguyên nhân của nhiều đặc tính mà kim loại có. Lý thuyết về biển electron cũng dựa trên nó.

Ví dụ về liên kết kim loại

Một số mắt xích kim loại thường được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày như sau:

- Các nguyên tố kim loại

Kẽm

Liên kết kim loại trong kẽm

Trong kẽm, một kim loại chuyển tiếp, các nguyên tử của nó được liên kết với nhau bằng liên kết kim loại.

Vàng (Au)

Vàng nguyên chất, giống như hợp kim của vật liệu này với đồng và bạc, hiện đang được sử dụng rất nhiều trong trang sức mỹ nghệ.

Đồng (Cu)

Kim loại này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng điện, nhờ đặc tính dẫn điện tuyệt vời của nó.

Bạc (Ag)

Với những đặc tính của nó, kim loại này được sử dụng rộng rãi cả trong các ứng dụng đồ trang sức và trong lĩnh vực công nghiệp.

Niken (Ni)

Ở trạng thái tinh khiết, nó thường được sử dụng để sản xuất tiền xu, pin, đồ đúc hoặc các bộ phận kim loại khác nhau.

Cadmium (Cd)

Nó là một vật liệu rất độc hại và được sử dụng trong sản xuất pin.

Bạch kim (Pt)

Nó được sử dụng trong đồ trang sức tốt (hợp kim với vàng), và trong sản xuất dụng cụ đo lường trong phòng thí nghiệm và cấy ghép nha khoa.

Titan (Ti)

Kim loại này thường được sử dụng trong kỹ thuật, cũng như trong sản xuất cấy ghép tạo xương, các ứng dụng công nghiệp và đồ trang sức.

Chì (Pb)

Vật liệu này được sử dụng trong sản xuất dây dẫn điện, cụ thể hơn là để sản xuất vỏ bọc bên ngoài của cáp điện thoại và viễn thông.

- Hợp chất kim loại

Thép thông thường

Phản ứng của sắt với cacbon tạo ra thép thông thường, một vật liệu có khả năng chịu ứng suất cơ học cao hơn nhiều so với sắt.

Thép không gỉ

Một biến thể trên vật liệu trên có thể được tìm thấy bằng cách kết hợp thép thông thường với các kim loại chuyển tiếp như crom và niken.

Đồng

Nó được sản xuất bằng cách kết hợp đồng với thiếc, theo tỷ lệ tương ứng là 88% và 12%. Nó được sử dụng trong việc tạo ra tiền xu, công cụ và đồ trang trí công cộng.

Hợp kim thủy ngân

Các hợp kim khác nhau của thủy ngân với các kim loại chuyển tiếp khác, chẳng hạn như bạc, đồng và kẽm, tạo ra hỗn hống được sử dụng trong nha khoa.

Hợp kim Chrome bạch kim

Đây là loại hợp kim được sử dụng rộng rãi để chế tạo lưỡi dao cạo râu.

Pieltre

Hợp kim này của thiếc, antimon, bì và bitmut thường được sử dụng để chế tạo đồ dùng gia đình.

Thau

Nó được tạo ra bằng cách kết hợp đồng với kẽm, theo tỷ lệ lần lượt là 67% và 33%. Nó được sử dụng trong sản xuất các mặt hàng phần cứng.

Lý thuyết biển điện tử

Biểu diễn đơn giản của một biển electron. Nguồn: Muskid

Hình ảnh trên minh họa khái niệm biển electron. Theo thuyết biển electron, nguyên tử kim loại loại bỏ các electron hóa trị (điện tích âm) để trở thành ion nguyên tử (điện tích dương). Các điện tử được giải phóng trở thành một phần của một vùng biển trong đó chúng được phân định vị trí cho mỗi inch của tinh thể kim loại.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là kim loại được tạo thành từ các ion; các nguyên tử của nó thực sự là trung tính. Chúng ta không nói về ion Hg ⁺ trong thủy ngân lỏng, mà nói về các nguyên tử Hg trung tính.

Một cách khác để hình dung biển electron là giả định tính trung lập của các nguyên tử. Do đó, mặc dù chúng cấp các electron để xác định liên kết kim loại giữ chúng liên kết chặt chẽ với nhau, chúng cũng ngay lập tức nhận các electron khác từ các vùng khác của tinh thể, do đó chúng không bao giờ nhận được điện tích dương.

Lý thuyết này giải thích tại sao kim loại có tính dẻo, dễ uốn và cách các liên kết có thể được sắp xếp lại để cho phép tinh thể biến dạng mà không bị vỡ. Một số người gọi biển electron này là "xi măng điện tử", vì nó có khả năng di chuyển, nhưng trong điều kiện bình thường, nó đông đặc lại và giữ cho các nguyên tử kim loại chắc chắn và cố định.

Người giới thiệu

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Xuất bản lần thứ 8). CENGAGE Học tập.
2. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ . (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
3. Wikipedia. (Năm 2020). Liên kết kim loại. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
4. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 4 tháng 4 năm 2016). Liên kết kim loại. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Ngày 29 tháng 1 năm 2020). Liên kết kim loại: Định nghĩa, Thuộc tính và Ví dụ. Phục hồi từ: thinkco.com
6. Jim Clark. (Ngày 29 tháng 9 năm 2019). Liên kết kim loại. Hóa học LibreTexts. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (Năm 2020). Trái phiếu kim loại là gì? - Định nghĩa, Thuộc tính & Ví dụ. Học. Phục hồi từ: study.com