13. Металлическая связь. Структура твердых тел.

Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и отличающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способность к отражению света, высокая тепло- и электропроводность. Эти особенности обязаны существованию в металлах особого вида связи — металлической связи.

Металлическая связь— связь между положительными ионами в кристаллах металлов, осуществляемая за счет притяжения электронов, свободно перемещающихся по кристаллу. В соответствии с положением в периодической системе атомы металлов имеют небольшое число валентных электронов. Эти электроны достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. В результате в кристаллической решетке металла появляются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Поэтому в кристаллической решетке металлов существует большая свобода перемещения электронов: одни из атомов будут терять свои электроны, а образующиеся ионы могут принимать эти электроны из «электронного газа». Как следствие, металл представляет собой ряд положительных ионов, локализованных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, сравнительно свободно перемещающихся в поле положительных центров. В этом состоит важное отличие металлических связей от ковалентных, которые имеют строгую направленность в пространстве.

Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности: ее энергия в 3-4 раза меньше энергии ковалентной связи.

Энергия связи — энергия, необходимая для разрыва химической связи во всех молекулах, составляющих один моль вещества. Энергии ковалентных и ионных связей обычно велики и составляют величины порядка 100-800 кДж/моль.

Структура твердых тел.

Одно и то же твердое вещество в зависимости от условий затвердевания может быть и в кристаллическом и в аморфном состоянии. Твердые тела в кристаллическом состоянии имеют определенную температуру плавления и геометрическую форму, чем и отличаются от веществ в аморфном состоянии. Для очень многих кристаллов характерна анизотропия — неодинаковость свойств (теплопроводность, электропроводность, механическая прочность, скорость растворения и др.) по разным направлениям. У аморфных веществ эти свойства одинаковы по всем направлениям.

Металлическая структура, характерная для металлов и их сплавов. В узлах пространственной решетки металлов находятся положительно заряженные ионы, между которыми перемещаются электроны. Валентные электроны, оторвавшись от ионов, не связаны с определенными ионами и пребывают в поле то одного, то другого иона, взаимодействуя с ними. Это взаимодействие называют металлической связью. Большинство металлов имеют высокие температуры плавления и кипения. Со свободным перемещением электронов связаны такие специфические свойства металлов, как высокая электропроводность, хорошая теплопроводность и пластичность.

Различие между структурами твердого тела обусловливается прежде всего природой частиц, образующих вещество, и характером их взаимодействия.

Реальные кристаллы в отличие от идеальных построены значительно сложнее. В реальных кристаллах одно взаимодействие между частицами может накладываться на другое; кроме того в них имеются самые различные дефекты, которые резко изменяют их электрические и другие свойства.