Introduction to Chemistry

termen

• Metalany van een aantal chemische elementen in het periodiek systeem die een metaalbinding met andere metaalatomen vormen. Het is over het algemeen glanzend, kneedbaar, en een geleider van warmte en elektriciteit.
• metaalbinding chemische binding waarin mobiele elektronen over vele kernen worden gedeeld; dit leidt tot elektrische geleiding.

metallische eigenschappen

in een metaal verliezen atomen gemakkelijk elektronen om positieve ionen (kationen) te vormen. Deze ionen zijn omgeven door gedelokaliseerde elektronen, die verantwoordelijk zijn voor geleidbaarheid. De geproduceerde vaste stof wordt bij elkaar gehouden door elektrostatische interacties tussen de ionen en de elektronenwolk. Deze interacties worden metallische bindingen genoemd. Metaalbinding is verantwoordelijk voor vele fysische eigenschappen van metalen, zoals sterkte, vervormbaarheid, rekbaarheid, thermische en elektrische geleidbaarheid, opaciteit en glans.

als het delen van” vrije ” elektronen tussen een rooster van positief geladen ionen (kationen) wordt de metaalbinding soms vergeleken met de binding van gesmolten zouten. In een kwantummechanische visie verspreiden de geleidende elektronen hun dichtheid gelijkelijk over alle atomen die als neutrale (niet-geladen) entiteiten functioneren.

atomen in metalen zijn gerangschikt als dicht opeengepakte bollen, en twee verpakkingspatronen zijn bijzonder gebruikelijk: lichaam-gecentreerde kubieke, waarin elk metaal is omgeven door acht equivalente metalen, en gezicht-gecentreerde kubieke, waarin de metalen zijn omgeven door zes naburige atomen. Verschillende metalen nemen beide structuren, afhankelijk van de temperatuur.

metalen hebben in het algemeen een hoge elektrische geleidbaarheid, een hoge thermische geleidbaarheid en een hoge dichtheid. Ze zijn meestal vervormbaar (kneedbaar) onder stress, zonder splijten. Sommige metalen (de alkali-en aardalkalimetalen) hebben een lage dichtheid, lage hardheid en lage smeltpunten. In termen van optische eigenschappen zijn metalen ondoorzichtig, glanzend en glanzend.

smeltpunt en sterkte

de sterkte van een metaal is afgeleid van de elektrostatische aantrekking tussen het rooster van positieve ionen en de “zee” van valentie-elektronen waarin zij worden ondergedompeld. Hoe groter de nucleaire lading (atoomnummer) van de atoomkern, en hoe kleiner de grootte van het atoom, hoe groter deze aantrekkingskracht. Over het algemeen zijn de overgangsmetalen met hun valentie-niveau d-elektronen sterker en hebben ze hogere smeltpunten:

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

de meerderheid van de metalen hebben een hogere dichtheid dan de meerderheid van de niet-metalen. Niettemin is er grote variatie in de dichtheden van metalen. Lithium (Li) is het minst dichte vaste element, en Osmium (Os) is de dichtste. De metalen van de groepen IA en IIA worden aangeduid als de lichte metalen omdat ze uitzonderingen op deze generalisatie. De hoge dichtheid van de meeste metalen is te wijten aan het strak verpakte kristalrooster van de metalen structuur.

elektrische geleidbaarheid: Waarom zijn metalen goede geleiders?

om elektriciteit te geleiden, moet een stof geladen deeltjes (ladingsdragers) bevatten die voldoende mobiel zijn om te bewegen in reactie op een toegepast elektrisch veld. In het geval van ionverbindingen in wateroplossingen dienen de ionen zelf deze functie. Hetzelfde geldt voor ionische verbindingen wanneer gesmolten. Ionische vaste stoffen bevatten dezelfde ladingsdragers, maar omdat ze op hun plaats zijn bevestigd, zijn deze vaste stoffen isolatoren.

in metalen zijn de ladingsdragers de elektronen, en omdat ze vrij door het rooster bewegen, zijn metalen zeer geleidend. De zeer lage massa en traagheid van de elektronen stelt hen in staat om hoogfrequente wisselstromen te geleiden, iets wat elektrolytische oplossingen niet kunnen.

elektrische geleidbaarheid, evenals de bijdrage van elektronen aan de warmtecapaciteit en warmtegeleiding van metalen, kunnen worden berekend aan de hand van het vrije elektronenmodel, dat geen rekening houdt met de gedetailleerde structuur van het ionrooster.

mechanische eigenschappen

mechanische eigenschappen van metalen omvatten kneedbaarheid en rekbaarheid, d.w.z. het vermogen tot plastische vervorming. Reversibele elastische vervorming in metalen kan worden beschreven door Hooke ‘ s wet voor het herstellen van krachten, waarbij de spanning lineair evenredig is met de spanning. Toegepaste warmte, of krachten groter dan de elastische limiet, kan leiden tot een onomkeerbare vervorming van het object, bekend als plastische vervorming of plasticiteit.

metallische vaste stoffen zijn bekend en gewaardeerd om deze eigenschappen, die voortvloeien uit het niet-gerichte karakter van de aantrekkingen tussen de atoomkernen en de zee van elektronen. De hechting binnen ionische of covalente vaste stoffen kan sterker zijn, maar het is ook directioneel, waardoor deze vaste stoffen broos en onderhevig aan breuk wanneer geslagen met een hamer, bijvoorbeeld. Een metaal, daarentegen, is meer kans om gewoon worden vervormd of gedeukt.

hoewel metalen zwart zijn vanwege hun vermogen om alle golflengten in gelijke mate te absorberen, heeft goud (Au) een onderscheidende kleur. Volgens de theorie van de speciale relativiteitstheorie, verhoogde massa van binnenschelp elektronen die een zeer hoge impuls hebben veroorzaakt orbitalen samentrekken. Omdat buitenste elektronen minder worden beïnvloed, wordt de absorptie van blauw licht verhoogd, resulterend in verbeterde reflectie van geel en rood licht.