METAALBINDING: EIGENSCHAPPEN, HOE HET WORDT GEVORMD EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2026

De metalen binding is degene die de atomen van de metalen elementen stevig bij elkaar houdt. Het is aanwezig in metalen en definieert al hun fysische eigenschappen die hen karakteriseren als harde, ductiele, vervormbare materialen en goede geleiders van warmte en elektriciteit.

Van alle chemische bindingen is de metaalbinding de enige waarbij de elektronen zich niet exclusief tussen een paar atomen bevinden, maar tussen miljoenen daarvan zijn gedelokaliseerd in een soort lijm of "zee van elektronen" die ze stevig bij elkaar houdt. of samenhangend.

Kopermetaalbinding

Stel dat het metaal koper is. In koper geven de Cu-atomen hun valentie-elektronen op om de metaalbinding te vormen. Boven deze binding wordt weergegeven als Cu ²⁺ kationen (blauwe cirkels) omgeven door elektronen (gele cirkels). De elektronen zijn niet stil: ze bewegen door het koperkristal. Bij metalen spreken we echter formeel niet over kationen, maar over neutrale metaalatomen.

De metallische binding wordt geverifieerd door de eigenschappen van de metalen elementen te onderzoeken, evenals die van hun legeringen. Deze integreren een reeks glanzende, zilveren, taaie, harde materialen, die ook hoge smelt- en kookpunten hebben.

Hoe wordt de metaalverbinding gevormd?

Metaalbinding in zink

De metaalbinding wordt alleen gevormd tussen één set of groep metaalatomen. Om de elektronen door het metallische kristal te laten verplaatsen, moet er een "snelweg" zijn waar ze over kunnen reizen. Dit is ontworpen vanuit de overlapping van alle atomaire orbitalen van de aangrenzende atomen.

Beschouw bijvoorbeeld een rij zinkatomen, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Deze atomen overlappen hun valentie-atomaire orbitalen om moleculaire orbitalen te creëren. Deze moleculaire orbitalen overlappen op hun beurt met andere orbitalen van naburige Zn-atomen.

Elk zinkatoom draagt ​​twee elektronen bij om bij te dragen aan de metaalbinding. Op deze manier ontstaat door de overlapping of vereniging van de moleculaire orbitalen en de atomen die door zink worden gedoneerd, een 'snelweg' waardoor de elektronen door het kristal worden gedelokaliseerd alsof ze een lijm of een zee van elektronen zijn, die of het baden van alle metaalatomen.

Eigenschappen van de metaalbinding

Structuren

Door de metaalbinding ontstaan ​​compacte structuren, waarbij de atomen nauw verenigd zijn, zonder veel afstand die hen scheidt. Afhankelijk van het type specifieke structuur, zijn er verschillende kristallen, sommige dichter dan andere.

In metalen structuren spreekt men niet van moleculen, maar van neutrale atomen (of kationen, volgens andere perspectieven). Terugkerend naar het voorbeeld van koper, in zijn verdichte kristallen zijn er geen Cu _2- moleculen , met een Cu-Cu covalente binding.

Reorganisatie

De metaalbinding heeft de eigenschap zichzelf te reorganiseren. Dit gebeurt niet met de covalente en ionische bindingen. Als een covalente band verbreekt, zal deze niet opnieuw worden gevormd alsof er niets is gebeurd. Ook zijn de elektrische ladingen op de ionische binding onveranderlijk, tenzij er een chemische reactie plaatsvindt.

Beschouw bijvoorbeeld het metaalkwik om dit punt uit te leggen.

De metaalbinding tussen twee aangrenzende kwikatomen, Hg ··· Hg, kan breken en opnieuw vormen met een ander naburig atoom als het kristal wordt onderworpen aan een externe kracht die het vervormt.

Zo wordt de verbinding gereorganiseerd terwijl het glas vervormt. Dit geeft metalen de eigenschappen van vervormbare en vervormbare materialen. Anders breken ze als stukjes glas of keramiek, zelfs als ze heet zijn.

Thermische en elektrische geleidbaarheid

De eigenschap van de metaalbinding dat zijn elektronen zijn gedelokaliseerd, geeft metalen ook het vermogen om warmte en elektriciteit te geleiden. Dit komt omdat, aangezien de elektronen zijn gedelokaliseerd en overal bewegen, ze de atomaire trillingen effectief overbrengen alsof het een golf is. Deze trillingen vertalen zich in warmte.

Aan de andere kant, wanneer elektronen bewegen, blijven er lege ruimtes achter die anderen kunnen innemen, waardoor er een elektronische vacature ontstaat waardoor meer elektronen kunnen "lopen" en zo een elektrische stroom opwekken.

In principe, zonder de fysische theorieën achter het fenomeen te behandelen, is dit de algemene verklaring van de elektrische geleidbaarheid van metalen.

Metallic glans

Gedelokaliseerde en mobiele elektronen kunnen ook interageren met fotonen in zichtbaar licht en deze afwijzen. Afhankelijk van de dichtheid en het oppervlak van het metaal, kan het verschillende tinten grijs of zilver vertonen, of zelfs iriserende glitters. De meest uitzonderlijke gevallen zijn die van koper, kwik en goud, die fotonen van bepaalde frequenties absorberen.

Delokalisatie van elektronen

Om de metaalbinding te begrijpen, is het noodzakelijk om te begrijpen wat wordt bedoeld met de delokalisatie van elektronen. Het is onmogelijk om te bepalen waar de elektronen zijn. Er kan echter worden geschat in welk gebied van de ruimte ze waarschijnlijk worden aangetroffen. In een covalente binding AB is het elektronenpaar verdeeld in de ruimte die de atomen A en B scheidt; ze zouden zich dan tussen A en B bevinden.

In een AB-metaalbinding kan echter niet worden gezegd dat elektronen zich op dezelfde manier gedragen als in een AB-covalente binding. Ze bevinden zich niet tussen twee specifieke atomen van A en B, maar worden verspreid of gericht naar andere delen van de vaste stof waar zich ook verdichte, dat wil zeggen, nauw verbonden atomen van A en B bevinden.

Wanneer dit zo is, wordt gezegd dat de elektronen van de metaalbinding gedelokaliseerd zijn: ze reizen elke richting waar er atomen van A en B zijn, zoals getoond in de eerste afbeelding met de koperatomen en hun elektronen.

Daarom spreken we in de metaalbinding van een delocalisatie van deze elektronen, en deze eigenschap is verantwoordelijk voor veel van de eigenschappen die metalen hebben. De theorie van de zee van elektronen is er ook op gebaseerd.

Voorbeelden van metaalverbindingen

Enkele veelgebruikte metalen schakels in het dagelijks leven zijn als volgt:

- Metalen elementen

Zink

Metaalbinding in zink

In zink, een overgangsmetaal, zijn de atomen ervan verbonden door de metaalbinding.

Goud (Au)

Puur goud, zoals de legeringen van dit materiaal met koper en zilver, wordt momenteel veel gebruikt in fijne sieraden.

Koper (Cu)

Dit metaal wordt veel gebruikt in elektrische toepassingen, dankzij zijn uitstekende elektriciteitsgeleidingseigenschappen.

Zilver (Ag)

Gezien zijn eigenschappen wordt dit metaal veel gebruikt, zowel in fijne sieraden als op industrieel gebied.

Nikkel (Ni)

In zuivere staat wordt het meestal gebruikt voor de vervaardiging van munten, batterijen, gieterijen of verschillende metalen onderdelen.

Cadmium (Cd)

Het is een zeer giftig materiaal en wordt gebruikt bij de fabricage van batterijen.

Platina (Pt)

Het wordt gebruikt in fijne sieraden (legeringen met goud), en bij de vervaardiging van laboratoriummeetinstrumenten en tandheelkundige implantaten.

Titanium (Ti)

Dit metaal wordt veel gebruikt in de techniek, maar ook bij de vervaardiging van osteosynthetische implantaten, industriële toepassingen en sieraden.

Lood (Pb)

Dit materiaal wordt gebruikt bij de vervaardiging van elektrische geleiders, meer bepaald voor de vervaardiging van de buitenmantel van telefoon- en telecommunicatiekabels.

- Metaalverbindingen

Gewoon staal

De reactie van ijzer met koolstof produceert gewoon staal, een materiaal dat veel beter bestand is tegen mechanische belasting dan ijzer.

Roestvrij staal

Een variatie op het bovenstaande materiaal kan worden gevonden door gewoon staal te combineren met overgangsmetalen zoals chroom en nikkel.

Bronzen

Het wordt geproduceerd door koper met tin te combineren, in een verhouding van respectievelijk 88% en 12%. Het wordt gebruikt bij het maken van munten, gereedschappen en openbare ornamenten.

Kwiklegeringen

Verschillende legeringen van kwik met andere overgangsmetalen, zoals zilver, koper en zink, produceren de amalgamen die in de tandheelkunde worden gebruikt.

Chroom platina legering

Dit type legering wordt veel gebruikt om scheermesjes van te maken.

Pieltre

Deze legering van tin, antimoon, envelop en bismut wordt vaak gebruikt voor het maken van huishoudelijke artikelen.

Messing

Het wordt gegenereerd door koper met zink te combineren, in een verhouding van respectievelijk 67% en 33%. Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van hardware-items.

Sea of ​​Electron Theory

Eenvoudige weergave van een zee van elektronen. Bron: Muskid

De afbeelding hierboven illustreert het concept van een zee van elektronen. Volgens de theorie van de zee van elektronen werpen metaalatomen hun valentie-elektronen (negatieve ladingen) af om atomaire ionen (positieve ladingen) te worden. De vrijgekomen elektronen worden onderdeel van een zee waarin ze voor elke centimeter van het metallische kristal worden gedelokaliseerd.

Dit betekent echter niet dat een metaal uit ionen bestaat; zijn atomen zijn eigenlijk neutraal. We spreken niet van Hg ⁺ -ionen in vloeibaar kwik, maar van neutrale Hg-atomen.

Een andere manier om de zee van elektronen te visualiseren, is door de neutraliteit van de atomen aan te nemen. Dus hoewel ze hun elektronen toestaan ​​om de metaalbinding te definiëren die hen nauw samenhangend houdt, ontvangen ze ook onmiddellijk andere elektronen uit andere delen van het kristal, zodat ze nooit een positieve lading krijgen.

Deze theorie legt uit waarom metalen ductiel en kneedbaar zijn en hoe bindingen kunnen worden herschikt om de vervorming van een kristal mogelijk te maken zonder te breken. Sommige mensen noemen deze zee van elektronen "elektronisch cement", omdat het in staat is om te bewegen, maar onder normale omstandigheden stolt het en houdt het de metaalatomen stevig en vast.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallische verlijming. Hersteld van: en.wikipedia.org
4. De redactie van Encyclopaedia Britannica. (4 april 2016). Metalen binding. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 januari 2020). Metallic Bond: definitie, eigenschappen en voorbeelden. Hersteld van: thoughtco.com
6. Jim Clark. (29 september 2019). Metaalverbindingen. Chemie LibreTexts. Hersteld van: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Wat is een Metallic Bond? - Definitie, eigenschappen en voorbeelden. Studie. Hersteld van: study.com