Legătură metalică
Legătura metalică este un caz particular de legătură delocalizată și constă dintr-o atracție electrostatică care se stabilește între electronii de valență și ionii metalici pozitivi. [1]
Caracteristici
Atomii metalici au de obicei puțini electroni de valență care sunt ușor delocalizați într-o rețea de atomi metalici încărcați pozitiv. Acest tip de legătură poate fi vizualizat imaginând un metal ca o rețea de ioni pozitivi ținuți împreună de un nor de electroni.
Ca și în cazul legăturii ionice, prin urmare, nu există molecule reale , ci agregate reticulare de atomi de metal, ținute împreună de această forță electrostatică.
Acest model explică unele proprietăți ale metalelor, cum ar fi conductivitatea electrică ridicată (de fapt, deoarece acești electroni nu sunt legați de un anumit atom, sunt extrem de mobili) și termici, maleabilitatea și ductilitatea lor . Conducerea căldurii și opacitatea și luminozitatea lor sunt legate de mobilitatea electronilor de valență (electroni delocalizați) care își măresc energia cinetică, în timp ce ductilitatea și maleabilitatea sunt explicate de fluxul reciproc liber al planurilor de rețea (legături nedirecționale), care nu provoacă distrugerea clădirii cristaline, deoarece legătura nu este formată din câțiva electroni localizați, ci din toți electronii disponibili. Prezența legăturilor puternice în legătura metalică explică, de asemenea, alte caracteristici ale metalelor în sine, și anume densitatea ridicată, non-solubilitatea și punctele de fierbere și topire foarte ridicate.
Un alt model folosit pentru interpretarea legăturii metalice este cel al expansiunii în unde plane, care constă în reprezentarea funcției undei ca o combinație liniară de unde plane, care produce o localizare parțială a electronilor liberi, acest model este aplicabil atunci când nu există variații mari în potențialul cristalin
Legătura metalică este, de asemenea, legătura care se formează în procesele de lipire între materialul de umplere și metalele de bază.
Teoria benzilor
Fizicianul elvețian Felix Bloch a dezvoltat teoria benzilor definind legătura metalică pe baza conceptelor fundamentale ale mecanicii cuantice . [2] Prin aplicarea ecuației Schrödinger la o cantitate de atomi de metal care tind spre infinit, obținem o succesiune de niveluri de energie orbitală ( aproximarea legăturii puternice ): nivelurile cele mai mici conțin electroni și sunt benzi de valență definite, cele cu mai mare sunt goale și reprezintă benzile de conducere .
Conductorii metalici au o bandă de valență care este doar parțial umplută sau o bandă de valență în imediata apropiere sau chiar suprapusă pe banda de conducere: în acest fel, electronii sunt practic mobili și pot trece cu ușurință de la un nivel de energie E 1 la un nivel E 2 , generând un curent electric prin impunerea unei diferențe de potențial sau prin absorbția unui foton dat hν (fotoelectricitate) . Prin creșterea temperaturii , mișcările oscilatorii ale atomilor de-a lungul axei nodului cristalin cresc: în acest fel, fluxul liber de electroni este împiedicat și acest lucru explică de ce conductanța electrică scade odată cu creșterea temperaturii. Distribuția electronilor urmează statisticile Fermi-Dirac . Energia Fermi E F este valoarea energiei care separă cel mai înalt nivel de energie ocupat de cel mai mic nivel neocupat din starea fundamentală la 0 K.
Semiconductorii, pe de altă parte, au o distribuție orbitală în care banda de conducere este separată de banda de valență printr-un mic decalaj de energie , mai mic de un electronvolt per mol de electroni. Cu procesul de dopare (de obicei se folosesc cantități foarte mici de fosfor sau aluminiu) este posibil să se realizeze un astfel de metal conductor: prin introducerea orificiilor electronice este posibil să se anuleze practic decalajul în timp ce crește artificial numărul de electroni, aceștia fiind deja total benzi complete de valență, se vor distribui în banda de conducție, umplându-l parțial și devenind mobil în continuumul energiei cuantificate. Prin creșterea temperaturii, energia este furnizată electronilor care pot depăși atât de ușor micul decalaj energetic, acest efect predomină asupra mișcării oscilatorii a atomilor; conductanța unui semiconductor crește odată cu creșterea temperaturii.
Izolatorii se caracterizează prin prezența unui decalaj energetic puternic între benzile de valență și de conducere, de ordinul câtorva volți de electroni pe mol de electroni, ceea ce face imposibilă curgerea liberă a electronilor.
Notă
Bibliografie
- Luigi Rolla, Chimie și mineralogie. Pentru licee , ediția a 29-a, Dante Alighieri, 1987.
Elemente conexe
- Legătură chimică
- Legătură de hidrogen
- Legătură ionică
- Legătură covalentă
- Metal
- Conductor electric
- Izolator electric
- Trupa interzisă
- Medicament
- Joncțiunea PN
- Supraconductor
linkuri externe
- ( EN ) Legătură metalică , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | GND ( DE ) 4169574-4 |
|---|
