Metallisk bindningsdefinition, egenskaper och exempel

En metallisk bindning är en typ av kemisk bindning som bildas mellan positivt laddade atomer i vilka de fria elektronerna delas mellan ett katjongitter. Däremot bildas kovalenta och joniska bindningar mellan två åtskilda atomer. Metallbindning är den viktigaste typen av kemisk bindning som bildas mellan metallatomer.

MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO BIBLIOTEK / Getty Images

Metallbindningar ses i rena metaller och legeringar och i vissa metalloider. Exempelvis uppvisar grafen (en kolotilldelning) tvådimensionell metallbindning. Metaller, till och med rena, kan bilda andra typer av kemiska bindningar mellan deras atomer. Till exempel kvicksilverjonen (Hg₂²⁺kan bilda kovalenta metall-metallbindningar. Rent gallium bildar kovalenta bindningar mellan par av atomer som är kopplade av metalliska bindningar till omgivande par.

Hur metallobligationer fungerar

De yttre energinivåerna hos metallatomer ( s och p orbitaler) överlappar varandra. Åtminstone en av valenselektronerna som deltar i en metallbindning delas inte med en grannatom och förlorar inte heller att bilda en jon. Istället bildar elektronerna vad som kan kallas ett "elektronhav" i vilket valenselektroner är fria att röra sig från en atom till en annan.

Elektronhavsmodellen är en överförenkling av metallbindning. Beräkningar baserade på elektronisk bandstruktur eller densitetsfunktioner är mer exakta. Metallbindning kan ses som en följd av att ett material har många fler delokaliserade energitillstånd än det har delokaliserade elektroner (elektronbrist), så att lokala oparade elektroner kan bli delokaliserade och mobila. Elektronerna kan ändra energitillstånd och röra sig genom ett gitter i valfri riktning.

Limning kan också ha formen av metallisk klusterbildning, i vilken delokaliserade elektroner flyter runt lokaliserade kärnor. Bondbildningen beror mycket på förhållandena. Till exempel är väte en metall under högt tryck. När trycket sänks förändras bindningen från metalliskt till icke-polärt kovalent.

Relaterade metallbindningar till metallegenskaper

Eftersom elektroner är delokaliserade kring positivt laddade kärnor förklarar metallbindning många egenskaper hos metaller.

ImageGap / Getty Images

Elektrisk konduktivitet: De flesta metaller är utmärkta elektriska ledare eftersom elektronerna i elektronhavet är fria att röra sig och bära laddning. Ledande icke-metaller (som grafit), smälta joniska föreningar och vattenhaltiga joniska föreningar leder elektricitet av samma anledning - elektroner är fria att röra sig runt.

Värmeledningsförmåga: Metaller leder värme eftersom de fria elektronerna kan överföra energi bort från värmekällan och också för att vibrationer av atomer (fononer) rör sig genom en fast metall som en våg.

formbarhet: Metaller tenderar att vara duktila eller kunna dras in i tunna trådar eftersom lokala bindningar mellan atomer lätt kan brytas och också reformeras. Enstaka atomer eller hela ark av dem kan glida förbi varandra och reformera obligationer.

Smidbarhet: Metaller är ofta formbara eller kan formas eller slås till en form, återigen eftersom bindningar mellan atomer lätt går sönder och reformeras. Bindningskraften mellan metaller är icke-riktad, så det är mindre troligt att rita eller forma en metall att spricka den. Elektroner i en kristall kan ersättas av andra. Eftersom elektronerna är fria att röra sig från varandra, arbetar en metall inte tillsammans lika laddade joner, vilket kan bryta en kristall genom den starka avstötningen.

Metallisk lyster: Metaller tenderar att vara glänsande eller visa metalliskt glans. De är ogenomskinliga när en viss minsta tjocklek har uppnåtts. Elektronhavet reflekterar fotoner från den släta ytan. Det finns en övre frekvensgräns för ljuset som kan reflekteras.

Den starka attraktionen mellan atomer i metallbindningar gör metaller starka och ger dem hög densitet, hög smältpunkt, hög kokpunkt och låg flyktighet. Det finns undantag. Till exempel är kvicksilver en vätska under vanliga förhållanden och har ett högt ångtryck. I själva verket är alla metaller i zinkgruppen (Zn, Cd och Hg) relativt flyktiga.

Hur starka är metallobligationer?

Eftersom styrkan hos en bindning beror på dess deltagande atomer är det svårt att rangordna typer av kemiska bindningar. Kovalenta, joniska och metalliska bindningar kan alla vara starka kemiska bindningar. Även i smält metall kan bindningen vara stark. Gallium är till exempel icke flyktigt och har en hög kokpunkt även om den har en låg smältpunkt. Om förhållandena är rätt kräver inte metallisk limning ens ett gitter. Detta har observerats i glas som har en amorf struktur.