KOVOVÁ VAZBA: VLASTNOSTI, JAK SE TVOŘÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Kovová vazba je ten, který drží atomy kovové prvky pevně spolu. Vyskytuje se v kovech a definuje všechny jejich fyzikální vlastnosti, které je charakterizují jako tvrdé, tvárné, kujné materiály a dobré vodiče tepla a elektřiny.

Ze všech chemických vazeb je kovová vazba jediná, kde elektrony nejsou umístěny výhradně mezi párem atomů, ale jsou delocalizovány mezi miliony z nich v jakémsi lepidle nebo „moři elektronů“, které je drží pevně pohromadě. nebo soudržný.

Měděná kovová vazba

Předpokládejme například kovovou měď. V mědi se její atomy Cu vzdávají svých valenčních elektronů za vzniku kovové vazby. Nad touto vazbou jsou představovány kationty Cu ²⁺ (modré kruhy) obklopené elektrony (žluté kruhy). Elektrony ještě nejsou: pohybují se v krystalu mědi. V kovech však nemluvíme formálně o kationtech, ale o neutrálních kovových atomech.

Kovová vazba se ověřuje zkoumáním vlastností kovových prvků, jakož i vlastností jejich slitin. Ty integrují řadu lesklých, stříbrných, houževnatých, tvrdých materiálů, které mají také vysoké teploty tání a varu.

Jak se vytváří kovová vazba?

Kovová vazba ve zinku

Kovová vazba je tvořena pouze mezi jednou sadou nebo skupinou atomů kovu. Aby se elektrony přemístily po celém kovovém krystalu, musí existovat „dálnice“, po které mohou cestovat. Toto je navrženo z překrývání všech atomových orbitálů sousedních atomů.

Zvažte například řadu atomů zinku, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Tyto atomy překrývají jejich valenční atomové orbitaly a vytvářejí molekulární orbitaly. Tyto molekulární orbitaly se naopak překrývají s jinými orbitaly sousedních atomů Zn.

Každý atom zinku přispívá ke kovové vazbě dvěma elektrony. Tímto způsobem překrývání nebo spojení molekulárních orbitálů a atomů darovaných zinkem vede k „dálnici“, pomocí níž jsou elektrony delokalizovány skrz krystal, jako by šlo o lepidlo nebo moře elektronů, zakrývající nebo koupání všech kovových atomů.

Vlastnosti kovové vazby

Struktury

Kovová vazba vytváří kompaktní struktury, kde jsou atomy těsně sjednoceny, bez velké vzdálenosti, která je odděluje. V závislosti na typu specifické struktury existují různé krystaly, některé hustší než jiné.

V kovových strukturách nemluvíme o molekulách, ale o neutrálních atomech (nebo kationtech, podle jiných perspektiv). Vrátíme-li se například z mědi, ve svých stlačených krystaly nejsou Cu ₂ molekuly s kovalentní vazby Cu-Cu.

Reorganizace

Kovová vazba má vlastnost samotné reorganizace. To se nestane s kovalentními a iontovými vazbami. Pokud se kovalentní svazek zlomí, nebude se znovu tvořit, jako by se nic nestalo. Také elektrické náboje na iontové vazbě jsou neměnné, pokud nedochází k chemické reakci.

Vezměme si to například kovovou rtuť.

Kovová vazba mezi dvěma sousedními atomy rtuti, Hg ··· Hg, se může zlomit a znovu vytvořit s dalším sousedním atomem, pokud je krystal vystaven vnější síle, která jej deformuje.

Vazba se tak reorganizuje, zatímco sklo podléhá deformaci. To dává kovům vlastnosti tažných a tvárných materiálů. Jinak se rozbijí jako kousky skla nebo keramiky, i když jsou horké.

Tepelné a elektrické vodivosti

Vlastnost kovového svazku spočívající v tom, že jeho elektrony jsou delokalizovány, také dává kovům schopnost vést teplo a elektřinu. Je to proto, že jelikož jsou elektrony delokalizovány a pohybují se všude, efektivně přenášejí atomové vibrace, jako by to byla vlna. Tyto vibrace se proměňují v teplo.

Na druhé straně, když se elektrony pohybují, zůstávají prázdné mezery, které mohou ostatní zabírat, takže mají elektronickou volnou kapacitu, díky níž může více elektronů „běžet“, a tak vytvářet elektrický proud.

Toto je v zásadě všeobecné vysvětlení elektrické vodivosti kovů, aniž by se zabývaly fyzickými teoriemi, které jsou za tímto jevem.

Kovový lesk

Delocalizované a mobilní elektrony mohou také interagovat s fotony ve viditelném světle a odmítat je. V závislosti na hustotě a povrchu kovu může vykazovat různé odstíny šedé nebo stříbrné nebo dokonce duhové jiskry. Nejvíce výjimečné jsou případy mědi, rtuti a zlata, které absorbují fotony o určitých frekvencích.

Elektronová delokalizace

Abychom porozuměli kovové vazbě, musíme pochopit, co se myslí delokací elektronů. Není možné určit, kde jsou elektrony. Lze však odhadnout, ve které oblasti vesmíru se pravděpodobně nacházejí. V kovalentní vazbě AB je pár elektronů distribuován v prostoru, který odděluje atomy A a B; pak se říká, že jsou umístěny mezi A a B.

V metalické vazbě AB však nelze říci, že by se elektrony chovaly stejně jako v kovalentní vazbě AB. Nejsou umístěny mezi dvěma specifickými atomy A a B, ale jsou rozptýleny nebo směřovány do jiných částí pevné látky, kde jsou také zhuštěné, tj. Úzce vázané, atomy A a B.

Když je tomu tak, říká se, že elektrony kovové vazby jsou delocalizovány: putují kterýmkoli směrem, kde jsou atomy A a B, jak je znázorněno na prvním obrázku s atomy mědi a jejich elektrony.

Proto v kovové vazbě mluvíme o přemístění těchto elektronů a tato vlastnost je zodpovědná za mnoho vlastností, které mají kovy. Na tom je také založena teorie moře elektronů.

Příklady kovových vazeb

Některé běžně používané kovové spoje v každodenním životě jsou následující:

- Kovové prvky

Zinek

Kovová vazba ve zinku

V zinku, přechodném kovu, jsou jeho atomy spojeny kovovou vazbou.

Zlato (Au)

Čisté zlato, stejně jako slitiny tohoto materiálu s mědí a stříbrem, se v současné době vysoce používá v jemných špercích.

Měď (Cu)

Tento kov je široce používán v elektrických aplikacích díky svým vynikajícím vlastnostem vedení elektřiny.

Stříbro (Ag)

Vzhledem ke svým vlastnostem je tento kov široce používán jak v jemné klenotnické aplikaci, tak v průmyslové oblasti.

Nikl (Ni)

Ve svém čistém stavu se obvykle používá k výrobě mincí, baterií, sléváren nebo různých kovových částí.

Kadmium (Cd)

Je to velmi toxický materiál a používá se při výrobě baterií.

Platina (Pt)

Používá se v jemných špercích (slitiny se zlatem) a při výrobě laboratorních měřicích přístrojů a zubních implantátů.

Titan (Ti)

Tento kov se běžně používá ve strojírenství, jakož i ve výrobě osteosyntetických implantátů, průmyslových aplikací a šperků.

Olovo (Pb)

Tento materiál se používá při výrobě elektrických vodičů, konkrétněji pro výrobu vnějšího pláště telefonních a telekomunikačních kabelů.

- Kovové sloučeniny

Obyčejná ocel

Reakce železa s uhlíkem produkuje běžnou ocel, materiál mnohem odolnější vůči mechanickému namáhání ve srovnání se železem.

Nerezová ocel

Variace na výše uvedeném materiálu lze nalézt kombinací běžné oceli s přechodnými kovy, jako je chrom a nikl.

Bronz

Vyrábí se kombinací mědi s cínem v přibližně 88%, respektive 12%. Používá se při výrobě mincí, nástrojů a veřejných ozdob.

Slitiny rtuti

Různé slitiny rtuti s jinými přechodnými kovy, jako je stříbro, měď a zinek, produkují amalgamy používané ve stomatologii.

Chrome Platinum Alloy

Tento typ slitiny se široce používá k výrobě žiletek.

Pieltre

Tato slitina cínu, antimonu, obálky a bizmutu se běžně používá pro výrobu domácích potřeb.

Mosaz

Vyrábí se kombinací mědi se zinkem v poměru 67%, respektive 33%. Používá se při výrobě hardwarových položek.

Moře elektronové teorie

Jednoduché znázornění moře elektronů. Zdroj: Muskid

Výše uvedený obrázek ilustruje pojem moře elektronů. Podle teorie moře elektronů atomy kovů zbavily své valenční elektrony (záporné náboje), aby se staly atomovými ionty (kladné náboje). Uvolněné elektrony se stávají součástí moře, ve kterém jsou delokalizovány na každý palec kovového krystalu.

To však neznamená, že kov je tvořen ionty; jeho atomy jsou ve skutečnosti neutrální. Nemluvíme o iontech Hg ⁺ v kapalné rtuti, ale o neutrálních atomech Hg.

Dalším způsobem, jak si představit moře elektronů, je předpokládat neutralitu atomů. Ačkoli tedy dávají svým elektronům definovat kovovou vazbu, která je udržuje pevně soudržná, také okamžitě přijímají další elektrony z jiných oblastí krystalu, takže nikdy nezískají kladný náboj.

Tato teorie vysvětluje, proč jsou kovy tažné, poddajné a jak lze vazby přeskupit, aby se umožnila deformace krystalu bez porušení. Někteří lidé nazývají toto moře elektronů „elektronickým cementem“, protože je schopné pohybu, ale za normálních podmínek tuhne a udržuje pevné a pevné kovové atomy.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Kovové lepení. Obnoveno z: en.wikipedia.org
4. Editors of Encyclopaedia Britannica. (4. dubna 2016). Kovová vazba. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29. ledna 2020). Kovové vazby: definice, vlastnosti a příklady. Obnoveno z: thinkco.com
6. Jim Clark. (29. září 2019). Kovové lepení. Chemistry LibreTexts. Obnoveno z: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). Co je to kovový dluhopis? - Definice, vlastnosti a příklady. Studie. Obnoveno z: study.com