Introduktion til kemi

læringsmål

• beskriv metalliske krystaller.

Vilkår

• metalAny af en række kemiske elementer i det periodiske system, der danner en metallisk binding med andre metalatomer. Det er generelt skinnende, formbart og en leder af varme og elektricitet.
• metallisk bondA kemisk binding, hvor mobile elektroner deles over mange kerner; dette fører til elektrisk ledning.

metalliske egenskaber

i et metal mister atomer let elektroner for at danne positive ioner (kationer). Disse ioner er omgivet af delokaliserede elektroner, som er ansvarlige for ledningsevne. Det producerede faste stof holdes sammen af elektrostatiske interaktioner mellem ionerne og elektronskyen. Disse interaktioner kaldes metalliske bindinger. Metallisk binding tegner sig for mange fysiske egenskaber ved metaller, såsom styrke, formbarhed, duktilitet, termisk og elektrisk ledningsevne, opacitet og glans.

forstået som deling af “frie” elektroner blandt et gitter af positivt ladede ioner (kationer) sammenlignes metallisk binding undertiden med binding af smeltede salte; denne forenklede opfattelse gælder dog for meget få metaller. I et kvantemekanisk billede spreder de ledende elektroner deres densitet ligeligt over alle atomer, der fungerer som neutrale (ikke-ladede) enheder.atomer i metaller er arrangeret som tætpakkede kugler, og to pakningsmønstre er særligt almindelige: kropscentreret kubik, hvor hvert metal er omgivet af otte ækvivalente metaller og ansigtscentreret kubik, hvor metallerne er omgivet af seks nærliggende atomer. Flere metaller vedtager begge strukturer afhængigt af temperaturen.

metaller har generelt høj elektrisk ledningsevne, høj varmeledningsevne og høj densitet. De er typisk deformerbare (formbare) under stress uden spaltning. Nogle metaller (alkalimetaller og jordalkalimetaller) har lav densitet, lav hårdhed og lave smeltepunkter. Med hensyn til optiske egenskaber er metaller uigennemsigtige, skinnende og skinnende.

smeltepunkt og styrke

styrken af et metal stammer fra den elektrostatiske tiltrækning mellem gitteret af positive ioner og “havet” af valenselektroner, hvori de er nedsænket. Jo større atomkernens nukleare ladning (atomnummer) er, og jo mindre atomets størrelse er, desto større er denne attraktion. Generelt er overgangsmetallerne med deres valens-niveau d-elektroner stærkere og har højere smeltepunkter:

• Fe, 1539 liter C
• Re, 3180 liter C
• Os, 2727 liter C
• h, 3380 liter C.

størstedelen af metaller har højere densiteter end størstedelen af ikke-metaller. Ikke desto mindre er der stor variation i tætheden af metaller. Lithium (Li) er det mindst tætte faste element, og osmium (os) er det tætteste. Metallerne i grupperne IA og IIA kaldes de lette metaller, fordi de er undtagelser fra denne generalisering. Den høje tæthed af de fleste metaller skyldes det tætpakkede krystalgitter af den metalliske struktur.

elektrisk ledningsevne: Hvorfor er metaller gode ledere?

for at et stof kan lede elektricitet, skal det indeholde ladede partikler (ladningsbærere), der er tilstrækkeligt mobile til at bevæge sig som reaktion på et påført elektrisk felt. I tilfælde af ioniske forbindelser i vandopløsninger tjener ionerne selv denne funktion. Det samme gælder for ioniske forbindelser, når de smeltes. Ioniske faste stoffer indeholder de samme ladningsbærere, men fordi de er fastgjort på plads, er disse faste stoffer isolatorer.

i metaller er ladningsbærerne elektronerne, og fordi de bevæger sig frit gennem gitteret, er metaller meget ledende. Elektronernes meget lave masse og inerti giver dem mulighed for at lede højfrekvente vekselstrømme, noget som elektrolytiske opløsninger ikke kan gøre.

elektrisk ledningsevne såvel som elektronernes Bidrag til metallernes varmekapacitet og varmeledningsevne kan beregnes ud fra den frie elektronmodel, som ikke tager højde for den detaljerede struktur af iongitteret.

mekaniske egenskaber

mekaniske egenskaber ved metaller inkluderer formbarhed og duktilitet, hvilket betyder kapaciteten til plastisk deformation. Reversibel elastisk deformation i metaller kan beskrives ved Hookes lov til genopretning af kræfter, hvor spændingen er lineært proportional med stammen. Påført varme eller kræfter, der er større end den elastiske grænse, kan forårsage en irreversibel deformation af genstanden, kendt som plastisk deformation eller plasticitet.

metalliske faste stoffer er kendt og værdsat for disse kvaliteter, der stammer fra den ikke-retningsbestemte karakter af attraktionerne mellem atomkernerne og elektronhavet. Bindingen inden i ioniske eller kovalente faste stoffer kan være stærkere, men det er også retningsbestemt, hvilket gør disse faste stoffer sprøde og udsat for brud, når de for eksempel rammes med en hammer. Et metal er derimod mere sandsynligt, at det simpelthen deformeres eller buleres.

selvom metaller er sorte på grund af deres evne til at absorbere alle bølgelængder lige, har guld (Au) en karakteristisk farve. Ifølge teorien om særlig relativitet, øget masse af indre skalelektroner, der har meget høj momentum, får orbitaler til at trække sig sammen. Fordi ydre elektroner er mindre påvirket, øges absorptionen af blåt lys, hvilket resulterer i forbedret refleksion af gult og rødt lys.