Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Савчин

§ 7. ВИДИ ХІМІЧНИХ ЗВ'ЯЗКІВ: МЕТАЛІЧНИЙ ЗВ'ЯЗОК

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

  • називати речовини з металічним зв'язком;
  • пояснювати механізм утворення металічного зв'язку в металах; будову речовин на основі їхніх фізичних властивостей;
  • порівнювати механізм утворення металічного зв'язку з механізмами утворення ковалентного та йонного зв'язків;
  • прогнозувати фізичні властивості металів на основі їхньої будови.

Металічний зв'язок. Металічні елементи утворюють прості речовини-метали. Ці речовини перебувають здебільшого у твердому стані (крім ртуті). Для будови їхніх атомів характерна невелика кількість електронів на зовнішньому енергетичному рівні (1-3, рідше 4). Так, в атомів елементів головної підгрупи І групи — по одному електрону, головної підгрупи ІІ групи — по два. Через віддаленість зовнішнього енергетичного рівня від ядра атома ці електрони легко відриваються від нього й переміщаються по всьому об'єму кристала. Атоми, утрачаючи електрони, перетворюються на позитивно заряджені йони (катіони). Тому у вузлах кристалічних ґраток металів локалізуються позитивно заряджені йони, які щільно упаковуються один біля одного. Зв'язок між йонами здійснюється завдяки вільному переміщенню електронів, що є спільними для всіх йонів. Сукупність вільних електронів дістала назву електронний газ (рис. 21).

Рис. 21. Катіони металічних елементів і вільні електрони (електронний газ)

З'ясуємо, чому електрони в металах здатні вільно переміщатися. Це залежить від будови атомів металічних елементів. У кристалах металів електронів значно менше, ніж вільних орбіталей. Наприклад, в атома Натрію на зовнішньому енергетичному рівні є чотири орбіталі, але тільки один електрон. Це дає змогу електронам вільно переміщатися від одного атома до іншого.

Металічний зв'язок — це особливий вид зв'язку, що утворюється внаслідок взаємодії вільних електронів з йонами металічних елементів.

Особливість металічного зв'язку полягає в тому, що, як і в йонних сполуках, у вузлах кристалічних ґраток розміщені йони. Але, на відміну від йонних сполук, де йони різнойменно заряджені, у металів вони заряджені тільки позитивно.

Металічний зв'язок проявляє подібність і до ковалентного. Проте за ковалентного зв'язку участь в утворенні спільних електронних пар бере чітко визначена кількість електронів, якими спільно користуються атоми, що утворили ці пари. У металічних ґратках усі електрони рухливі, вони не утримуються біля окремих атомів (йонів), що й впливає на властивості металів.

Фізичні властивості металічних речовин. Унаслідок постійного руху електронів метали проявляють високу електропровідність. Однак, залежно від типу й розмірів кристалічних ґраток і певної кількості електронного газу, ці властивості неоднакові. Найбільшу електропровідність мають срібло, алюміній та мідь. З цієї ж причини метали теплопровідні.

Електронний газ, який рухається між щільно упакованими йонами, відбиває світлові промені, що спричиняє властивий усім металам металічний блиск.

Металам притаманні міцність і пластичність. Ці властивості зумовлені електронною будовою металів. Під час механічної дії окремі шари йонів металічних ґраток зміщуються, а слідом за ними переміщається електронний газ. Тому метали зберігають міцність, пластичність і ковкість. Схематичне зображення та моделі різних типів кристалічних ґраток металів показано на рис. 22 (с. 40).

Рис. 22. Моделі кристалічних ґраток металів: а — кубічні; б — кубічні гранецентровані; в — кубічні об'ємноцентровані; г — гексагональні

Будову кристалічних ґраток металів можна переглянути в інтернет-мережі в 3D-проектуванні.

Фізичні властивості й тип кристалічних ґраток речовини взаємопов'язані. Знаючи будову речовин, можна прогнозувати їхні властивості й навпаки.

Знання будови речовини й уміння спрогнозувати її властивості мають практичне значення для людини. Так, довідавшись про небезпеку для здоров'я парів ртуті, учимося безпечно поводитися з приладами, які її містять. Метали використовують у машино- й літакобудуванні, будівництві, для виробництва сплавів тощо. Дбайливе ставлення до природних ресурсів забезпечить стабільний розвиток металургійного виробництва, розвиток нових технологічних процесів, що здешевлюють продукт, і підприємництва.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

Металічний зв'язок — особливий вид зв'язку, що утворюється від взаємодії вільних електронів з йонами металічних елементів.

Металічний зв'язок виникає в простих речовинах, утворених металічними елементами.

Механізм утворення металічного зв'язку полягає у втраті атомами електронів. Унаслідок цього у вузлах кристалічних ґраток розміщуються тільки позитивно заряджені йони, які щільно упаковуються один біля одного. Зв'язок між ними здійснюється завдяки безперервному руху електронів (електронного газу).

Металічний зв'язок відрізняється від йонного тим, що у вузлах кристалічних ґраток металів є тільки позитивно заряджені йони, а в йонних сполуках чергуються позитивно й негативно заряджені йони.

Металічний зв'язок відрізняється від ковалентного тим, що всі електрони не утримуються біля окремих атомів (йонів), а вільно переміщаються, здійснюючи зв'язок між усіма атомами (йонами).

• Наявність металічного зв'язку впливає на властивості металів.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

  • 1. Поясніть, який зв'язок називають металічним.
  • 2. Наведіть приклади речовин, у яких наявний металічний зв'язок.
  • 3. Поясніть подібність і відмінність зв'язків: а) ковалентного й металічного; б) йонного та металічного.
  • 4. Обґрунтуйте залежність властивостей металів від їхньої будови.
  • 5. Класифікуйте наведені речовини за видами хімічного зв'язку: а) ковалентний неполярний; б) ковалентний полярний; в) йонний; г) металічний; ґ) ковалентний полярний і водневий.

Na2S, H2S, Cl2, HCl, Mg, CaCl2, H2, CH3CH2OH, Na, H2O, NH3, Br2, CH3CH2COOH, Cu, FeBr2, I2, H2Se, CuBr2, CH3OH, N2, SO2.