Einführung in die Chemie

Terms

• metaljede Anzahl chemischer Elemente im Periodensystem, die mit anderen Metallatomen eine metallische Bindung eingehen. Es ist im Allgemeinen glänzend, formbar und ein Leiter von Wärme und Elektrizität.
• metallische Bondeine chemische Bindung, in der bewegliche Elektronen über viele Kerne verteilt sind; Dies führt zu elektrischer Leitung.

Metallische Eigenschaften

In einem Metall verlieren Atome leicht Elektronen, um positive Ionen (Kationen) zu bilden. Diese Ionen sind von delokalisierten Elektronen umgeben, die für die Leitfähigkeit verantwortlich sind. Der erzeugte Feststoff wird durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den Ionen und der Elektronenwolke zusammengehalten. Diese Wechselwirkungen werden metallische Bindungen genannt. Metallische Bindung macht viele physikalische Eigenschaften von Metallen aus, wie Festigkeit, Formbarkeit, Duktilität, thermische und elektrische Leitfähigkeit, Opazität und Glanz.

Verstanden als das Teilen von „freien“ Elektronen unter einem Gitter von positiv geladenen Ionen (Kationen), wird die metallische Bindung manchmal mit der Bindung von geschmolzenen Salzen verglichen; Diese vereinfachte Ansicht gilt jedoch für sehr wenige Metalle. Aus quantenmechanischer Sicht verteilen die leitenden Elektronen ihre Dichte gleichmäßig auf alle Atome, die als neutrale (nicht geladene) Entitäten fungieren.Atome in Metallen sind wie dicht gepackte Kugeln angeordnet, und zwei Packungsmuster sind besonders häufig: körperzentrierte kubische, wobei jedes Metall von acht äquivalenten Metallen umgeben ist, und flächenzentrierte kubische, in denen die Metalle von sechs benachbarten Atomen umgeben sind. Je nach Temperatur nehmen mehrere Metalle beide Strukturen an.

Metalle haben im Allgemeinen eine hohe elektrische Leitfähigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Dichte. Sie sind typischerweise verformbar (formbar) unter Spannung, ohne zu spalten. Einige Metalle (die Alkali- und Erdalkalimetalle) haben eine geringe Dichte, eine geringe Härte und niedrige Schmelzpunkte. In Bezug auf die optischen Eigenschaften sind Metalle opak, glänzend und glänzend.

Schmelzpunkt und Stärke

Die Stärke eines Metalls ergibt sich aus der elektrostatischen Anziehung zwischen dem Gitter positiver Ionen und dem „Meer“ der Valenzelektronen, in das sie eingetaucht sind. Je größer die Kernladung (Ordnungszahl) des Atomkerns und je kleiner die Größe des Atoms ist, desto größer ist diese Anziehungskraft. Im Allgemeinen sind die Übergangsmetalle mit ihren Valenz-d-Elektronen stärker und haben höhere Schmelzpunkte:

• Fe, 1539 ° C
• Re, 3180 ° C
• Os, 2727 ° C
• W, 3380 ° C.

Die Mehrheit der Metalle hat höhere Dichten als die Mehrheit der Nichtmetalle. Nichtsdestotrotz gibt es große Unterschiede in den Dichten von Metallen. Lithium (Li) ist das am wenigsten dichte feste Element und Osmium (Os) ist das dichteste. Die Metalle der Gruppen IA und IIA werden als Leichtmetalle bezeichnet, da sie Ausnahmen von dieser Verallgemeinerung darstellen. Die hohe Dichte der meisten Metalle ist auf das dicht gepackte Kristallgitter der Metallstruktur zurückzuführen.

Elektrische Leitfähigkeit: Warum sind Metalle gute Leiter?

Damit ein Stoff Elektrizität leiten kann, muss er geladene Teilchen (Ladungsträger) enthalten, die ausreichend beweglich sind, um sich als Reaktion auf ein angelegtes elektrisches Feld zu bewegen. Bei ionischen Verbindungen in Wasserlösungen erfüllen die Ionen selbst diese Funktion. Das gleiche gilt für ionische Verbindungen, wenn sie geschmolzen sind. Ionische Feststoffe enthalten die gleichen Ladungsträger, aber weil sie an Ort und Stelle fixiert sind, sind diese Feststoffe Isolatoren.

In Metallen sind die Ladungsträger die Elektronen, und weil sie sich frei durch das Gitter bewegen, sind Metalle hochleitfähig. Die sehr geringe Masse und Trägheit der Elektronen ermöglicht es ihnen, hochfrequente Wechselströme zu leiten, was elektrolytische Lösungen nicht können.

Die elektrische Leitfähigkeit sowie der Beitrag der Elektronen zur Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Metallen können aus dem Modell der freien Elektronen berechnet werden, das die detaillierte Struktur des Ionengitters nicht berücksichtigt.

Mechanische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften von Metallen umfassen Formbarkeit und Duktilität, dh die Fähigkeit zur plastischen Verformung. Die reversible elastische Verformung in Metallen kann durch das Hookesche Gesetz für Rückstellkräfte beschrieben werden, bei dem die Spannung linear proportional zur Dehnung ist. Aufgebrachte Wärme oder Kräfte, die größer als die Elastizitätsgrenze sind, können eine irreversible Verformung des Objekts verursachen, die als plastische Verformung oder Plastizität bezeichnet wird.

Metallische Festkörper sind für diese Eigenschaften bekannt und geschätzt, die sich aus der ungerichteten Natur der Anziehungskraft zwischen den Atomkernen und dem Elektronenmeer ergeben. Die Bindung innerhalb ionischer oder kovalenter Feststoffe kann stärker sein, ist aber auch gerichtet, wodurch diese Feststoffe spröde werden und brechen können, wenn sie beispielsweise mit einem Hammer getroffen werden. Ein Metall hingegen wird eher einfach verformt oder verbeult.Obwohl Metalle aufgrund ihrer Fähigkeit, alle Wellenlängen gleichermaßen zu absorbieren, schwarz sind, hat Gold (Au) eine unverwechselbare Farbe. Nach der speziellen Relativitätstheorie führt eine erhöhte Masse von Elektronen in der inneren Schale, die einen sehr hohen Impuls haben, dazu, dass sich Orbitale zusammenziehen. Da äußere Elektronen weniger betroffen sind, wird die Blaulichtabsorption erhöht, was zu einer verstärkten Reflexion von gelbem und rotem Licht führt.