Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Лашевська

§ 7. Металічний зв’язок

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • пояснювати утворення металічного зв’язку;
  • порівнювати металічний зв’язок з ковалентним та йонним зв’язками.

В атомах металічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні міститься від одного до трьох електронів, зрідка - чотири. Наприклад, в атомі Натрію на зовнішньому енергетичному рівні один електрон. Віддавши його, цей атом набуває стійкої електронної конфігурації атома Неону. Такої самої конфігурації набувають атоми Магнію та Алюмінію, віддавши відповідно два і три електрони. В атомі Стануму на зовнішньому енергетичному рівні чотири електрони. Унаслідок їхньої втрати утворюється стійка електронна конфігурація атома Криптону.

Запишіть електронні формули атома Неону, атомів і катіонів Натрію, Магнію та Алюмінію та зобразіть їхні графічні варіанти, порівняйте електронну будову зазначених частинок.

Що менше електронів на зовнішньому енергетичному рівні і що більший радіус атома, то легше атом металічного елемента перетворюється на катіон.

Які частинки є в кристалічних ґратках металів? Понад століття тому німецький фізик Пауль Друде (рис. 7.1) запропонував теорію, згідно з якою метал складається з атомів, катіонів і вільних електронів, так званого електронного газу.

Рис. 7.1. Друде Пауль (1867-1906). Німецький фізик, автор теорій електронної провідності металів, поляризації світла, відбитого від металевої поверхні, дисперсії світла

Електрони в металі безладно рухаються, переходять від атомів до катіонів. Натомість атоми й катіони лише злегка коливаються навколо свого положення в кристалічних ґратках. Тобто в металічних кристалічних ґратках (рис. 7.2. А) валентні електрони усуспільнені (не пов’язані з певними атомами) - це особливість металічного зв’язку. Тому під упливом навіть невеликої різниці потенціалів ці електрони починають рухатися впорядковано (рис. 7.2. Б) у напрямку, зумовленому зовнішнім електричним полем, виникає електричний струм.

Рис. 7.2. Схематичне зображення металічних кристалічних ґраток. Атоми (1) металічного елемента та його катіони (2) взаємоперетворються внаслідок втрачання електронів (3) зовнішнього рівня атомами та приєднання їх катіонами. А. Хаотичний рух усуспільнених електронів. Б. Спрямований рух електронів за наявності різниці потенціалів

Пластичність і ковкість багатьох металів також можна пояснити особливостями металічного зв’язку. Ви легко зрозумієте це, коли роздивитеся рисунок 7.3.

Рис. 7.3. Унаслідок удару чи іншого механічного впливу (1) відбувається зсув шарів йонів у шматку металу (2), однак це не спричиняє його руйнування, оскільки всі електрони, які забезпечують існування хімічних зв’язків, - спільні

Ви, звісно, пам’ятаєте з курсу хімії 8 класу, що алмаз дуже твердий, але крихкий. Пригадайте тип кристалічних ґраток алмазу. Назвіть зв’язки, які руйнуються внаслідок деформації цього кристала.

Цікаво і пізнавально

Для майбутніх фізиків і матеріалознавців зауважимо, що описані уявлення про хімічний зв’язок у металах є дуже спрощеними, хоча й дають змогу наочно пояснити зумовленість фізичних властивостей металів їхньою будовою. Наступним кроком наближення до істини вважатимемо модель, згідно з якою частинки кристалічних ґраток металу зв’язані між собою двома типами зв’язків. Перекривання електронних хмар зумовлює утворення міцних ковалентних зв’язків. Ці самі електронні хмари утворюють спільну для всього кристала електронну хмару, яка внаслідок упливу зовнішнього електричного поля дуже легко пересувається в шматку металу вздовж напрямку, зумовленого полем.

Ми з’ясували, що спільні фізичні властивості (назвіть їх) металів зумовлені подібністю будови їхніх кристалічних ґраток і особливим типом хімічного зв’язку - металічним. Однак метали відрізняються один від одного, тобто мають особливі властивості. Причина цього - відмінності в будові атомів металічних елементів і різноманітність кристалічних ґраток металів (рис. 7.4).

Рис. 7.4. Кристалічні ґратки деяких металів

1. Згідно з дослідженнями фахівців у світі нині є понад 3 млрд не використовуваних мобільних телефонів, які користувачі зберігають удома. Один телефон у середньому містить 8,75 г міді, 3,81 г кобальту, 3 г заліза, 1 г олова, 0,4 г танталу, 0,25 г срібла, 0,024 г золота, 0,009 паладію. Обчисліть маси (т) зазначених металів у такій кількості телефонів. Поясніть, чому не можна викидати старі телефони на смітник. 2. Поясніть, чому кришки металевих каструль роблять не вставними, а накладними; а в чайника обов’язково передбачають зазор між шийкою та кришкою. 3. Зробіть логічний висновок з таких тверджень: «Усі метали проводять електричний струм», «Мідь є металом».

https://www.youtube.com/watch?v=eVv3TpaQ2-A&t=0s&list=PLIIVwaZQkS2op2kDuFifhStNsS49LAxkZ&index=22

https://www.youtube.com/watch?v=vOuFTuvf4qk&index=3&list=PLi01XoE8jYoi5fLBY64f6ZUuktgTFb2H3

https://www.youtube.com/watch?v=S08qdOTd0w0&start_radio=1&list=RDS08qdOTd0w0

ПРО ГОЛОВНЕ

• В атомах металічних елементів на зовнішньому енергетичному рівні міститься від одного до трьох електронів, зрідка - чотири. Металічні елементи легко віддають електрони, унаслідок чого утворюються катіони.

• Кристалічні ґратки металів складаються з катіонів та атомів, між якими хаотично рухаються усуспільнені електрони. Такий хімічний зв’язок називають металічним. Саме він зумовлює фізичні та хімічні властивості металів - насамперед їхні високі тепло- та електропровідність.

Перевірте себе

  • 1. Перетворіть розповідні речення рубрики ПРО ГОЛОВНЕ на питальні. Чи можете ви відповісти на ці запитання без допомоги підручника?

Застосуйте свої знання й уміння

  • 2. Висловте припущення, як змінюватиметься електропровідність металів з підвищенням температури та обґрунтуйте його. Перевірте свої міркування, скориставшися різними джерелами інформації.
  • 3. Порівняйте: а) металічний та йонний зв’язки; б) металічний та ковалентний неполярний зв’язки. Відповідь оформте як таблицю або діаграму Венна.

Творча майстерня

  • 4. Підготуйте презентацію «Металічні зв’язки навколо мене».