Најважније из лекције
Метална веза: Електростатичко привлачење између позитивних јона метала у чворовима решетке и слободних, заједничких валентних електрона („електронско море”).
Типична својства: Одлична топлотна и електрична проводљивост (у чврстом и течном стању), ковност, савитљивост, истегљивост и метални сјај.
Фактор јачине везе: Са већим бројем валентних електрона јачина металне везе се повећава, што доводи до веће тврдоће и виших температура топљења и кључања (нпр. \(T_{\text{топљења}}(\text{Al}) > T_{\text{топљења}}(\text{Na})\)).
Типична својства: Одлична топлотна и електрична проводљивост (у чврстом и течном стању), ковност, савитљивост, истегљивост и метални сјај.
Фактор јачине везе: Са већим бројем валентних електрона јачина металне везе се повећава, што доводи до веће тврдоће и виших температура топљења и кључања (нпр. \(T_{\text{топљења}}(\text{Al}) > T_{\text{топљења}}(\text{Na})\)).
Метална веза је хемијска веза карактеристична за чисте метале и њихове легуре, заснована на електростатичкој интеракцији између позитивних јона метала и заједничких, делокализованих валентних електрона.
Атоми метала формирају кристалне решетке у којима је сваки појединачни атом окружен са 8 до 12 суседних атома. Сматрају се „џиновским” атомским структурама.
Према моделу „електронског мора”, чворове кристалне решетке заузимају позитивно наелектрисани јони метала, док валентни електрони слободно циркулишу кроз целу решетку и припадају свим атомима заједно.
Које честице чине кристалну решетку метала према поједностављеном моделу металне везе?
Кристалну решетку чине позитивни јони метала (катјони) фиксирани у чворовима решетке и слободни, покретљиви валентни електрони који формирају „електронско море”.
Електрична проводљивост: последица је покретљивости валентних електрона који под утицајем електричног поља лако путују кроз металну решетку.
Топлотна проводљивост: загревањем метала слободни електрони добијају већу кинетичку енергију, брже се крећу и сударима ефикасно преносе топлоту кроз кристал.
Метали су ковни, пластични и могу се механички обрађивати (савијати, ваљати у лимове, извлачити у жице). Притиском долази до клизања слојева јона једног преко другог, али метална веза не пуца јер слободни електрони стално одржавају привлачне силе између језгара.
За разлику од јонских супстанци, метали задржавају високу електричну и топлотну проводљивост чак и у течном агрегатном стању, јер метална веза опстаје и у растопу.
Зашто метали приликом удара чекићем не пуцају, већ мењају облик?
При механичком дејству долази до померања слојева позитивних јона, али се веза не раскида јер покретљиво „море” електрона наставља да их држи заједно снажним електростатичким привлачењем.
Јачина металне везе зависи од броја валентних електрона који учествују у њеном грађењу. Већи број валентних електрона узрокује јачу везу, вишу тврдоћу метала и знатно више температуре топљења и кључања.
| Метал | Симбол | Група ПСЕ | Температура топљења (\(^\circ\text{C}\)) | Температура кључања (\(^\circ\text{C}\)) |
|---|---|---|---|---|
| Калијум | \(\text{K}\) | 1 | 63 | 759 |
| Натријум | \(\text{Na}\) | 1 | 98 | 883 |
| Магнезијум | \(\text{Mg}\) | 2 | 650 | 1090 |
| Алуминијум | \(\text{Al}\) | 13 | 660 | 2519 |
| Бакар | \(\text{Cu}\) | 11 | 1084 | 2562 |
| Гвожђе | \(\text{Fe}\) | 8 | 1538 | 2861 |
| Волфрам | \(\text{W}\) | 6 | 3422 | 5555 |
Натријум (\(\text{Na}\)) има један валентни електрон и мек је метал са ниском температуром топљења (\(98\ ^\circ\text{C}\)). Насупрот њему, алуминијум (\(\text{Al}\)) има три валентна електрона, гради много јачу металну везу и топи се на знатно вишој температури (\(660\ ^\circ\text{C}\)).
Који метал има вишу температуру топљења: калијум (\(\text{K}\)) или магнезијум (\(\text{Mg}\))? Обраложити.
Магнезијум има вишу температуру топљења (\(650\ ^\circ\text{C}\) наспрам \(63\ ^\circ\text{C}\) за калијум), јер магнезијум има два валентна електрона и гради јачу металну везу од калијума који има само један валентни електрон.
Задаци за вежбање
Лак: Објасни због чега се бакар употребљава за израду електричних проводника (каблова).
Бакар је метал са металном везом у којој постоје слободни и покретљиви валентни електрони, захваљујући чему одлично проводи електричну струју и лако се обликује у танке жице (истегљив је).
Средњи: На основу положаја у Периодном систему елемената и броја валентних електрона, упореди јачину металне везе и предвиди који од наведених метала има највишу температуру топљења: \(\text{Na}\) (1. група), \(\text{Mg}\) (2. група) или \(\text{Al}\) (13. група).
Натријум има један валентни електрон (\(1e^-\)), магнезијум два (\(2e^-\)), а алуминијум три (\(3e^-\)). Пошто јачина металне везе расте са порастом броја валентних електрона који учествују у вези, најјачу металну везу и највишу температуру топљења има алуминијум (\(\text{Al} > \text{Mg} > \text{Na}\)).
Тежак: Објасни суштинску разлику у понашању при механичком удару између метала попут гвожђа и јонског кристала попут натријум-хлорида (\(\text{NaCl}\)).
Код метала, померањем слојева кристала делокализовано „електронско море” се тренутно прилагођава новонасталом положају катјона и чува структуру целе решетке, па се метал само механички деформише (кује/савија). Код јонског кристала, под дејством силе долази до померања слојева тако да се истоимено наелектрисани јони нађу један наспрам другог (\(\text{Na}^+\) поред \(\text{Na}^+\) или \(\text{Cl}^-\) поред \(\text{Cl}^-\)); због наглог електростатичког одбијања истоимених наелектрисања кристал моментално пуца и дроби се (кртост).
