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9.14:

金属中的键

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Chemistry
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Bonding in Metals

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金属键是两个金属原子之间形成的键。与非金属相比,金属具有较低的电离能,这使它们易于失去价电子。与离子键和共价键相比,这赋予了金属键不同的特性。金属键及其大部分特性 可以用简单的电子海洋模型进行解释。以金属钾为例。由于电离能较低,每个钾原子很容易失去其价电子 而成为阳离子。这些钾阳离子 由于被带负电的电子海洋吸引 而紧密堆集在一起。这些电子不局限于任何单个离子 而是在金属内均匀分布 并可相对自由地移动。电子海洋模型可解释 金属的几个重要特征。例如,当对铜线等 金属线施加电压差时,带负电的电子会自由地 向线的正极端移动,从而产生电流。这就是大多数金属是优良电导体 的原因。相比之下,离子化合物 固体形式时是非导电体 但溶解在水中时可以导电。这是因为在晶体离子键中,电子从金属转移到非金属,但仍定域在一个离子周围。然而,当阳离子和阴离子溶解在水中时,阳离子和阴离子会解离,在电势差作用下可以移动,从而产生电流。金属也是优良的热导体。根据电子海洋模型,当热量施加到金属的一端时,电子自由移动并迅速将热量散布到 整个金属中。金属由于其可锻性可以很容易敲打成金属薄板,也由于其延展性 而很容易拉成金属线。由于金属中没有定域键,金属原子可以彼此滑动,从而容易变形。然后电子随新形状流动 以适应变形。

9.14:

金属中的键

两个金属原子之间形成金属键。 保罗·德鲁德(Paul Drüde) 开发了一个描述金属键的简化模型,称为“电子海模型”。  

电子海模型

大多数金属原子没有足够的价电子进入离子体或共价键合。 然而,由于金属原子中的价电子低电负性或对原子核的吸引力,金属原子中的 被松散地固定。 金属原子的电离能量 (从原子中取出电子所需的能量) 很低,便于从原子母体中取出价电子。 原子形成正电荷金属离子,而自由外电子则存在负电荷去光化电子云。 这些电子可以通过这些负电荷和正电荷物种之间强大而有吸引力的力量被多个相邻的金属阳离子共享。 负电荷电子和金属阳离子之间的这种有吸引力的作用力称为金属键,将原子固定在一起。 这种电子海模型可用于大多数金属的物理性质,如热电导,高熔点和沸点,可锻性和延展性。

金属固体

电子海模型具有多种金属性质,包括高热电导率和电导率,金属光泽,延展性和可锻性。 去光化电子可以在低电阻下从金属的一端向另一端进行电和热传递。 金属键不在两个特定的金属原子之间,而是在金属离子和许多去光电子之间,这样金属在压力和热量下就会变形,而不会碎裂或断裂。 不同金属 (如铁,汞或铜) 的物理性质不同,反映 了金属键强的差异。

铜、铝和铁晶体等金属固体由金属原子形成:均具有高热电导率和电导率,金属光泽和可锻性。 许多人都非常艰难,也相当坚强。 由于它们的可锻性 (在压力或锤击下变形的能力) ,它们不会碎裂,因此,它们会制造有用的建筑材料。 金属的熔点差别很大。 汞是室温下的液体,碱金属溶解在 200 °C 以下 几种过渡后金属的熔点也很低,而过渡金属在 1000 °C 以上的温度下熔化 这些差异反映了金属键强度的差异。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 10.5 节: 物质的固态.