§13. Металлическая химическая связь
i. Работа в информационной среде
1. Найдите в Интернете электронные адреса, раскрывающие содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа для создания классного банка данных.
Ответ:
1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Металлическаясвязь
2. https://obrazovaka.ru/himiya/metallicheskaya−himicheskaya−svyaz−primery.html
3. https://cifra.school/media/conspectfiles/3f5e9378−4eed−4e9c−9ebf−3f8ed5bed28e.pdf
2. Используя ресурсы Интернета, подготовьте информационный продукт (по выбору): презентацию по теме урока или сообщение по одному из ключевых слов (словосочетаний) параграфа.
Ответ:
Металлическая связь
Между атомами металлов возникает особый вид химической связи, которая называется металлической. Образование этой связи обусловлено тремя особенностями строения атомов металлов:
− на внешнем энергетическом уровне присутствуют 1—3 электрона (исключения: атомы олова и свинца (4 электрона), атомы сурьмы и висмута (5 электронов), атом полония (6 электронов));
− атом имеет сравнительно большой радиус;
− атом имеет большое количество свободных орбиталей (например, у Na один валентный электрон располагается на 3−м энергетическом уровне, который имеет десять орбиталей (одну s−, три р− и пять d−орбиталей).
При сближении атомов металлов происходит перекрытие их свободных орбиталей, и валентные электроны получают возможность перемещаться на близкие по значениям энергии орбитали соседних атомов. Атом, теряющий электрон, превращается в ион. Таким образом, в металле формируется совокупность электронов, свободно перемещающихся между ионами. Притягиваясь к положительным ионам металла, электроны восстанавливают их, а затем снова отрываются, переходя к другим ионам. Такой процесс превращения атомов в ионы и обратно происходит в металлах непрерывно. Частицы, из которых состоят металлы, называют атом−ионами.
Металлическая связь − это связь, образующаяся между атом−ионами в металлах и сплавах посредством постоянного перемещения между ними валентных электронов.
Свободное перемещение электронов по кристаллу объясняет ненаправленность и ненасыщенность связи, а также такие физические свойства металлов, как пластичность, блеск, электро− и теплопроводность.
?. Вопросы и задания
1. Металлическая связь имеет черты сходства с ковалентной связью. Сравните эти химические связи между собой.
Ответ:
Сходство между ковалентной и металлической связью состоит в обобществлении валентных электронов. Однако, при образовании ковалентной связи обобществляются внешние неспаренные электроны между двумя соседними атомами, в рамках одной молекулы, в то время как, при образовании металлической связи обобществляются валентные электроны всех атомов.
2. Металлическая связь имеет черты сходства с ионной связью. Сравните эти химические связи между собой.
Ответ:
В металлической и в ионной связи участвуют элементы−металлы. Ионная связь образуется между металлом и неметаллом, а металлическая между атомами металла. Металл в ионной связи представлен в виде положительно заряжённого иона, а металлической связи металл представлен то в виде нейтрального атома, то в виде иона. В ионной связи металл отдает валентные электроны неметаллу, а в металлической связь основана на обобществлении валентных электронов всех атомов металла.
3. Как можно повысить твёрдость металлов и сплавов?
Ответ:
Твёрдость металлов и сплавов повысится от добавления веществ с ковалентной связью. Наиболее распространёнными являются карбиды и нитриды. Объясняется это тем, что нитриды и карбиды имеют алмазоподобную кристаллическую решетку.
А так же повысить твёрдость можно:
− термически (различные виды закалки, рекристаллизация)
− химико−термически (легирование, алитирование, хромирование и др.)
− механически (наклеп, старение, обкатывание и др.)
4. По формулам веществ определите тип химической связи в них: $Ba, BaBr_{2}, HBr, Br_{2}$.
Ответ:
Ba: Ва − металл, простое вещество, следовательно, связь − металлическая
$BaBr_{2}$: Ва − металл, Br − неметалл, следовательно, связь − ионная.
HBr: H − металл с низкой элетроотрицательностью, Br − металл с высокой элетроотрицательностью, следовательно, связь − ковалентная полярная.
$Br_{2}$: Ва − неметалл, вещество образовано двумя одинаковыми атомами нематалла, следовательно, связь − ковалентная неполярная.
Темы для дискуссии
1. На примере изотопов различных химических элементов покажите, как их относительная атомная масса влияет на свойства образованных ими веществ.
Ответ:
Разновидности атомов одного и того же химического элемента, имеющие одинаковый заряд ядра, но разное массовое число, называют изотопами.
Большинство химических свойств изотопов хлора, калия ($^{39}_{19}K$ и $^{40}_{19}K$) или аргона ( $^{39}_{18}Ar$ и $^{40}_{18}Ar$), как и изотопов многих других химических элементов, практически не отличаются, кроме самых лёгких элементов.
Химические свойства определяются конфигурацией электронного облака атома.
Например, атомы природного хлора представляют собой смесь двух изотопов с массой 35 $^{35}_{17}Cl$ (их в природе 75%) и 37 $^{37}_{17}Cl$ (их 25%). Относительная атомная масса хлора равна 35,5:
Ar(Cl) = 35 * 0,75 + 37 * 0,25 = 35,5.
Изменение числа нейтронов его ядра на 1−3 не повлияет значительно на его массу. Заряд ядра при этом остаётся +17.
У изотопов водорода, не смотря на постоянство заряда ядра (+1), при добавлении одного и двух нейтронов масса ядра изменяется в 2 или 3 раза. Что и влияет на значительные различия в свойствах изотопов водорода.
Им даже присвоены индивидуальные названия и химические знаки: протий − $^{1}_{1}Н$; дейтерий − $^{2}_{1}Н$, или $^{2}_{1}D$; тритий − $^{3}_{1}Н$, или $^{3}_{1}T$.
Таким образом, только у очень лёгких изотопов свойства изотопов могут заметно отличаться.
2. Приведите аргументы, доказывающие, что деление химической связи на типы относительно.
Ответ:
Деление химических связей на типы носит условный характер, поскольку все они характеризуются определенным единством.
Ионную связь можно рассматривать как предельный случай ковалентной полярной связи.
Металлическая связь совмещает ковалентное взаимодействие атомов с помощью обобществленных электронов и электростатическое притяжение между этими электронами и ионами металлов.
В веществах часто отсутствуют предельные случаи химической связи (или чистые химические связи).
Например, фторид лития LiF относят к ионным соединениям. Фактически же в нем связь на 80% ионная и на 20% ковалентная. Правильнее поэтому, очевидно, говорить о степени полярности (ионности) химической связи.
Различные типы связей могут содержаться в одних и тех же веществах, например:
− в основаниях: между атомами кислорода и водорода в гидроксогруппах связь полярная ковалентная, а между металлом и гидроксогруппой − ионная;
− в солях кислородсодержащих кислот: между атомом неметалла и кислородом кислотного остатка − ковалентная полярная, а между металлом и кислотным остатком − ионная;
− в солях аммония, метиламмония и т. д.: между атомами азота и водорода − ковалентная полярная, а между ионами аммония или метиламмония и кислотным остатком − ионная;
− в пероксидах металлов (например, $Na_{2}O_{2}$) связь между атомами кислорода ковалентная неполярная, а между металлом и кислородом — ионная и т.д.
Различные типы связей могут переходить одна в другую:
− при электролитической диссоциации в воде ковалентных соединений ковалентная полярная связь переходит в ионную;
− при испарении металлов металлическая связь превращается в ковалентную неполярную и т.д.
Причиной единства всех типов и видов химических связей служит их одинаковая химическая природа — электронно−ядерное взаимодействие. Образование химической связи в любом случае представляет собой результат электронно−ядерного взаимодействия атомов, сопровождающегося выделением энергии.
