introduktion till kemi

termer

• metallnågot av ett antal kemiska element i det periodiska systemet som bildar en metallbindning med andra metallatomer. Det är i allmänhet glänsande, formbart och en ledare av värme och El.
• metallisk bonden kemisk bindning där mobila elektroner delas över många kärnor; detta leder till elektrisk ledning.

metalliska egenskaper

i en metall förlorar atomer lätt elektroner för att bilda positiva joner (katjoner). Dessa joner är omgivna av delokaliserade elektroner, vilka är ansvariga för konduktivitet. Det fasta ämnet som produceras hålls samman av elektrostatiska interaktioner mellan jonerna och elektronmolnet. Dessa interaktioner kallas metallbindningar. Metallbindning står för många fysikaliska egenskaper hos metaller, såsom styrka, formbarhet, duktilitet, termisk och elektrisk ledningsförmåga, opacitet och glans.

förstås som delningen av ”fria” elektroner mellan ett gitter av positivt laddade joner (katjoner), jämförs ibland metallbindning med bindningen av smälta salter; emellertid gäller denna förenklade uppfattning för mycket få metaller. I en kvantmekanisk vy sprider de ledande elektronerna sin densitet lika över alla atomer som fungerar som neutrala (icke-laddade) enheter.

atomer i metaller är ordnade som nära packade sfärer, och två förpackningsmönster är särskilt vanliga: kroppscentrerad kubisk, där varje metall omges av åtta ekvivalenta metaller och ansiktscentrerad kubisk, där metallerna omges av sex angränsande atomer. Flera metaller antar båda strukturerna, beroende på temperaturen.

metaller har i allmänhet hög elektrisk ledningsförmåga, hög värmeledningsförmåga och hög densitet. De är vanligtvis deformerbara (formbara) under stress, utan klyvning. Vissa metaller (alkali-och jordalkalimetaller) har låg densitet, låg hårdhet och låga smältpunkter. När det gäller optiska egenskaper är metaller ogenomskinliga, glänsande och glänsande.

smältpunkt och styrka

styrkan hos en metall härrör från den elektrostatiska attraktionen mellan gitteret av positiva joner och ”havet” av valenselektroner i vilka de är nedsänkta. Ju större kärnladdning (atomnummer) av atomkärnan, och ju mindre atomens storlek desto större är denna attraktion. I allmänhet är övergångsmetallerna med deras valens-nivå d-elektroner starkare och har högre smältpunkter:

• Fe, 1539 CCL
• Re, 3180 CCL
• Os, 2727 CCL
• W, 3380 CCL.

majoriteten av metallerna har högre densiteter än majoriteten av icke-metaller. Ändå finns det stor variation i metallernas densitet. Litium (Li) är det minst täta fasta elementet, och osmium (Os) är det tätaste. Metallerna i grupperna IA och IIA kallas lätta metaller eftersom de är undantag från denna generalisering. Den höga densiteten hos de flesta metaller beror på den tätt packade kristallgitteret i metallstrukturen.

elektrisk ledningsförmåga: Varför är metaller bra ledare?

för att ett ämne ska kunna leda elektricitet måste det innehålla laddade partiklar (laddningsbärare) som är tillräckligt rörliga för att röra sig som svar på ett applicerat elektriskt fält. När det gäller joniska föreningar i vattenlösningar tjänar jonerna själva denna funktion. Samma sak gäller för joniska föreningar när de smälts. Joniska fasta ämnen innehåller samma laddningsbärare, men eftersom de är fixerade på plats är dessa fasta ämnen isolatorer.

i metaller är laddningsbärarna elektronerna, och eftersom de rör sig fritt genom gallret är metaller mycket Ledande. Elektronernas mycket låga massa och tröghet gör att de kan leda högfrekventa växelströmmar, något som elektrolytiska lösningar inte kan göra.

elektrisk ledningsförmåga, liksom elektronernas bidrag till värmekapaciteten och värmeledningsförmågan hos metaller, kan beräknas från frielektronmodellen, som inte tar hänsyn till jongitterets detaljerade struktur.

mekaniska egenskaper

mekaniska egenskaper hos metaller innefattar formbarhet och duktilitet, vilket betyder kapaciteten för plastisk deformation. Reversibel elastisk deformation i metaller kan beskrivas av Hookes lag för återställande av krafter, där spänningen är linjärt proportionell mot stammen. Applicerad värme, eller krafter som är större än den elastiska gränsen, kan orsaka en irreversibel deformation av föremålet, känd som plastisk deformation eller plasticitet.

metalliska fasta ämnen är kända och värderade för dessa egenskaper, som härrör från den icke-riktade naturen hos attraktionerna mellan atomkärnorna och elektronernas hav. Bindningen i joniska eller kovalenta fasta ämnen kan vara starkare, men den är också riktad, vilket gör dessa fasta ämnen spröda och utsatta för sprickor när de till exempel slås med en hammare. En metall är däremot mer sannolikt att helt enkelt deformeras eller bucklas.

även om metaller är svarta på grund av deras förmåga att absorbera alla våglängder lika, har guld (Au) en distinkt färg. Enligt teorin om speciell relativitet orsakar ökad massa av inre skalelektroner som har mycket hög momentum orbitaler att komma i kontakt. Eftersom yttre elektroner påverkas mindre ökar absorptionen av blått ljus, vilket resulterar i förbättrad reflektion av gult och rött ljus.