KOVINSKA VEZ: LASTNOSTI, KAKO NASTANE IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

Kovinsko vez je tista, ki ima atome kovinskih elementov tesno skupaj. Prisotna je v kovinah in opredeljuje vse njihove fizične lastnosti, ki jih označujejo kot trde, nodularne, prebavljive materiale in dobre prevodnike toplote in električne energije.

Med vsemi kemijskimi vezmi je kovinska vez edina, kjer se elektroni ne nahajajo izključno med parom atomov, ampak se delokalizirajo med milijoni v nekakšno lepilo ali "morje elektronov", ki jih tesno držijo skupaj. ali kohezivno.

Bakrena kovinska vez

Recimo kovinski baker. V bakru njegovi Cu-atomi oddajo svoje valenčne elektrone, da tvorijo kovinsko vez. Nad to vezjo so predstavljeni kot Cu ²⁺ kationi (modri krogi), obdani z elektroni (rumeni krogi). Elektronov še vedno ni: gibljejo se skozi bakreni kristal. Vendar v kovinah ne govorimo formalno o kationih, ampak o nevtralnih kovinskih atomih.

Kovinska vez se preveri s preučevanjem lastnosti kovinskih elementov in lastnosti njihovih zlitin. Ti vključujejo vrsto sijočih, srebrnih, žilavih, trdih materialov, ki imajo tudi visoka tališča in vrelišča.

Kako nastane kovinska vez?

Kovinska vez v cinku

Kovinska vez nastane le med enim sklopom ali skupino kovinskih atomov. Da bi se elektroni preselili skozi kovinski kristal, mora obstajati "avtocesta", po kateri se lahko vozijo naprej. To je zasnovano iz prekrivanja vseh atomskih orbitalij sosednjih atomov.

Na primer, razmislite o vrsti cinkovih atomov, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Ti atomi prekrivajo svoje valenčne atomske orbitale, da ustvarijo molekularne orbitale. Te molekularne orbitale se prekrivajo z drugimi orbitalami sosednjih atomov Zn.

Vsak atom cinka prispeva dva elektrona, ki prispevata k kovinski vezi. Na ta način prekrivanje ali združevanje molekulskih orbital in atomi, ki jih daje cink, izvirajo iz "avtoceste", po kateri se elektroni delokalizirajo skozi kristal, kot da bi bili lepilo ali morje elektronov, ki pokrivajo oz. kopanje vseh kovinskih atomov.

Lastnosti kovinske vezi

Strukture

Kovinska vez izvira iz kompaktnih struktur, kjer so atomi tesno združeni, brez velike razdalje, ki jih ločuje. Glede na vrsto specifične strukture obstajajo različni kristali, nekateri bolj gosti od drugih.

V kovinskih strukturah človek ne govori o molekulah, ampak o nevtralnih atomih (ali kationih, glede na druge perspektive). Če se vrnemo k primeru bakra, v njegovih stisnjenih kristalih ni Cu ₂ molekul s Cu-Cu kovalentno vezjo.

Reorganizacija

Kovinska vez ima lastnost reorganizacije. To se ne zgodi s kovalentnimi in ionskimi vezmi. Če se kovalentna vez prekine, se ne bo ponovno oblikovala, kot da se ni nič zgodilo. Tudi električni naboji ionske vezi so nespremenljivi, razen če pride do kemične reakcije.

Za razlago te točke razmislite na primer kovinsko živo srebro.

Kovinska vez med dvema sosednjima atomoma živega srebra, Hg ··· Hg, se lahko pretrga in ponovno tvori z drugim sosednjim atomom, če je kristal izpostavljen zunanji sili, ki ga deformira.

Tako se vez reorganizira, medtem ko se steklo podvrže deformaciji. To daje kovinam lastnosti, da so nodilne in kovljive snovi. V nasprotnem primeru se bodo zlomili kot koščki stekla ali keramike, tudi ko je vroče.

Toplotna in električna prevodnost

Lastnost kovinske vezi zaradi delokalizacije elektronov daje kovinam tudi sposobnost prevajanja toplote in električne energije. To je zato, ker se elektroni delokalizirajo in se gibljejo povsod, učinkovito prenašajo atomske vibracije, kot da bi šlo za val. Te vibracije prevajajo v toploto.

Po drugi strani pa se, ko se elektroni premikajo, za seboj puščajo prazni prostori, ki jih lahko zasedajo drugi, s čimer ima elektronsko prosto mesto, skozi katerega lahko "teče" več elektronov in tako nastane električni tok.

Načeloma je to brez splošne razlage fizikalnih teorij za pojavom električne razvodljivosti kovin.

Kovinski lesk

Delokalizirani in mobilni elektroni lahko tudi v vidni svetlobi medsebojno vplivajo na fotone in jih zavrnejo. Glede na gostoto in površino kovine lahko pokaže različne odtenke sive ali srebrne ali celo prelivajoče se iskre. Najbolj izjemni so primeri bakra, živega srebra in zlata, ki absorbirajo fotone določenih frekvenc.

Delokalizacija elektronov

Za razumevanje kovinske vezi je treba razumeti, kaj pomeni delokalizacija elektronov. Nemogoče je določiti, kje so elektroni. Vendar pa je mogoče oceniti, v katerem območju prostora se bodo verjetno znašli. V kovalentni vezi AB se par elektronov porazdeli v prostor, ki ločuje atoma A in B; Nato se reče, da se nahajajo med A in B.

V kovinski vezi AB pa ni mogoče reči, da se elektroni obnašajo enako kot v kovalentni vezi AB. Niso locirani med dvema specifičnima atomoma A in B, temveč sta razpršeni ali usmerjeni na druge dele trdne snovi, kjer so tudi stisnjeni, to je tesno povezani atoma A in B.

Če je temu tako, naj bi bili elektroni kovinske vezi delodalizirani: potujejo v katero koli smer, kjer sta atoma A in B, kot je prikazano na prvi sliki z bakrovimi atomi in njihovimi elektroni.

Zato v kovinski vezi govorimo o delokalizaciji teh elektronov in ta lastnost je odgovorna za številne lastnosti, ki jih imajo kovine. Na njem temelji tudi teorija morja elektronov.

Primeri kovinskih vezi

Nekatere najpogosteje uporabljene kovinske povezave v vsakdanjem življenju so naslednje:

- Kovinski elementi

Cink

Kovinska vez v cinku

V cinku je prehodna kovina, njeni atomi so povezani s kovinsko vezjo.

Zlato (Au)

Čisto zlato, podobno kot zlitine tega materiala z bakrom in srebrom, se trenutno zelo uporablja v lepem nakitu.

Baker (Cu)

Ta kovina se pogosto uporablja v električnih aplikacijah, zahvaljujoč odličnim lastnostim prevodnosti električne energije.

Srebrna (Ag)

Zaradi svojih lastnosti se ta kovina široko uporablja tako v uporabi za lep nakit kot na industrijskem področju.

Nikelj (Ni)

V svojem čistem stanju se običajno uporablja za izdelavo kovancev, baterij, livarn ali različnih kovinskih delov.

Kadmij (CD)

Je zelo strupen material in se uporablja pri izdelavi baterij.

Platina (Pt)

Uporablja se v lepem nakitu (zlitine z zlatom) ter pri izdelavi laboratorijskih merilnih instrumentov in zobnih vsadkov.

Titan (Ti)

Ta kovina se pogosto uporablja v inženirstvu, pa tudi pri izdelavi osteosintetskih vsadkov, industrijski uporabi in nakitu.

Svinec (Pb)

Ta material se uporablja pri izdelavi električnih vodnikov, natančneje za izdelavo zunanjega plašča telefonskih in telekomunikacijskih kablov.

- Kovinske spojine

Običajno jeklo

Reakcija železa z ogljikom daje običajno jeklo, material, ki je v primerjavi z železom veliko bolj odporen na mehanske obremenitve.

Nerjaveče jeklo

Spremembo zgornjega materiala lahko najdemo s kombiniranjem običajnega jekla s prehodnimi kovinami, kot sta krom in nikelj.

Bronasta

Pridobiva se s kombiniranjem bakra in kositra, v približnem razmerju 88% in 12%. Uporablja se pri izdelavi kovancev, orodij in javnih okraskov.

Živo srebro

Različne zlitine živega srebra z drugimi prehodnimi kovinami, kot so srebro, baker in cink, proizvajajo amalgam, ki se uporablja v zobozdravstvu.

Krom platina

Ta vrsta zlitine se pogosto uporablja za izdelavo britvic.

Pieltre

Ta zlitina kositra, antimona, ovojnic in bizmuta se običajno uporablja za izdelavo gospodinjskih pripomočkov.

Medenina

Nastane s kombiniranjem bakra in cinka v razmerju 67% oziroma 33%. Uporablja se pri izdelavi strojnih predmetov.

Teorija morja elektronov

Preprosta predstavitev morja elektronov. Vir: Muskid

Zgornja slika ponazarja koncept morja elektronov. Po teoriji morja elektronov kovinski atomi izgubijo valenčne elektrone (negativne naboje), da postanejo atomski ioni (pozitivni naboji). Sproščeni elektroni postanejo del morja, v katerem so delokalizirani za vsak centimeter kovinskega kristala.

Vendar to ne pomeni, da je kovina sestavljena iz ionov; njeni atomi so pravzaprav nevtralni. Ne govorimo o ionih Hg ⁺ v tekočem živem srebru, temveč o nevtralnih Hg-atomih.

Drug način za vizualizacijo morja elektronov je predpostavka nevtralnosti atomov. Čeprav podelijo svoje elektrone, da določijo kovinsko vez, ki jih drži tesno kohezivno, pa takoj dobijo tudi druge elektrone iz drugih območij kristala, tako da nikoli ne pridobijo pozitivnega naboja.

Ta teorija pojasnjuje, zakaj so kovine nodularne, kovljive in kako je mogoče preurediti vezi, da se omogoči deformacija kristala, ne da bi se porušila. Nekateri ljudje to morje elektronov imenujejo "elektronski cement", saj se je zmožen premikati, vendar se v normalnih pogojih strdi in ohranja kovinske atome trdne in fiksirane.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija (8. izd.). CENGAGE Učenje.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
3. Wikipedija. (2020). Kovinsko lepljenje. Pridobljeno: en.wikipedia.org
4. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (4. april 2016). Kovinska vez. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, dr. (29. januar 2020). Kovinska vez: Definicija, lastnosti in primeri. Pridobljeno: misel.com
6. Jim Clark. (29. september 2019). Kovinsko lepljenje Kemija LibreTexts. Pridobljeno: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis (2020). Kaj je kovinska obveznica? - Opredelitev, lastnosti in primeri. Študij. Pridobljeno: study.com