Металлическая связь –это тип связи в металлах и их сплавах между атомами или ионами металлов и относительно свободными электронами (электронным газом) в кристаллической решетке

Металлы – это химические элементы с низкой электроотрицательностью, поэтому они легко отдают свои валентные электроны. Если рядом с элементом металлом находится неметалл, то электроны от атома металла переходят к неметаллу. Такой тип связи называется ионный

В случае простых веществ металлов или их сплавов, ситуация меняется.

При образовании молекул электронные орбитали металлов не остаются неизменными. Они взаимодействуют между собой, образуя новую молекулярную орбиталь. В зависимости от состава и строения соединения, молекулярные орбитали могут быть как близки к совокупности атомных орбиталей, так и значительно от них отличаться. При взаимодействии электронных орбиталей атомов металла образуются молекулярные орбитали. Такие, что валентные электроны атома металла, могут свободно перемещаться по этим молекулярным орбиталям. Не происходит полное разделение, заряда, т. е. металл – это не совокупность катионов и плавающих вокруг электронов. Но это и не совокупность атомов, которые иногда переходят в катионную форму и передают свой электрон другому катиону. Реальная ситуация – это совокупность двух этих крайних вариантов.

Сущность образования металлической связисостоит в следующем: атомы металлов отдают наружные электроны, и некоторые из них превращаются в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся от атомов электроныотносительно свободно перемещаются между возникшими положительными ионами металлов. Между этими частицами возникает металлическая связь, т. е. электроны как бы цементируют положительные ионы в металлической решетке.

Наличие металлической связи обуславливает физические свойства металлов:

· Высокая пластичность

· Тепло и электропроводность

· Металлический блеск

3. Слабые взаимодействия связей – Ван-дер-Ваальсовые силы, водородная связь.

1. Вспомним благородные газы. Соединения гелия до сих пор не получены. Он не способен образовывать обычные химические связи.

При сильно отрицательных температурах можно получить жидкий и даже твердый гелий. В жидком состоянии атомы гелия удерживаются при помощи сил электростатического притяжения. Существует три варианта этих сил:

· ориентационные силы. Это взаимодействие между двумя диполями (НСl)

· индукционное притяжение. Это притяжение диполя и неполярной молекулы.

· дисперсионное притяжение. Это взаимодействие между двумя неполярными молекулами (He). Возникает за счет неравномерности движения электронов вокруг ядра.

2. Водородная связь образуется между сильно поляризованным, обладающим значительной долей положительного заряда атомом водорода и другим атомом с очень высокой электроотрицательностью: фтором, кислородом или азотом.

Рассмотрим образование водородных связей между молекулами воды. Водородная связь изображается тремя точками. Возникновение водородной связи обусловлено уникальной особенностью атома водорода. Т. к. атом водорода содержит только один электрон, то при оттягивании общей электронной пары другим атомом, оголяется ядро атома водорода, положительный заряд которого действует на электроотрицательные элементы в молекулах веществ.

4. Влияние химических связей на свойства соединений.

Физическое состояние вещества. Все металлические элементы, за исключением ртути, при комнатной температуре находятся в твердом состоянии. Неметаллические элементы при нормальных условиях находятся в твердом либо в газообразном состоянии, за единственным исключением: бром представляет собой жидкость.

Ионные соединения при комнатной температуре находятся в твердом состоянии.Исключение составляют только минеральные кислоты, которые являются жидкостями. Однако они представляют собой ионные соединения не в чистом виде, а в растворе в полярных растворителях (см. ниже).

Простые вещества (элементы) и соединения с ковалентным типом связи, состоящие из простых молекул, существуют в газообразном, жидком либо твердом состояния; в последнем случае они образуют молекулярные кристаллы, для которых характерны невысокие температуры плавления.

Простые вещества (элементы) и соединения с ковалентной связью, существующие в форме кристаллов с каркасной структурой, имеют очень высокую температуру плавления.

Летучесть. Элементы и соединения с каркасной кристаллической структурой характеризуются высокими температурами плавления и кипения, а также большими энтальпиями плавления и испарения. Поэтому они считаются нелетучими. При нормальных условиях они существуют в твердом состоянии. Простые молекулярные соединения летучи. Они имеют невысокие температуры плавления и кипения, а также небольшие энтальпии плавления и испарения. Как мы уже знаем, они могут существовать в газообразном, жидком либо твердом состояниях.

Твердость. Элементы и соединения с каркасной кристаллической структурой, как правило, обнаруживают большую твердость. Характерными свойствами металлов являются ковкость и тягучесть; это означает, что они поддаются расплющиванию в тонкие листы под ударами молота и могут вытягиваться в тонкую проволоку, если нх протягивают (волокут) через узкое отверстие. Ионные и молекулярные соединения, как правило, хрупкие.

Окраска. Металлы имеют серовато-черную или коричневато-желтую окраску. Ионы в большинстве случаев бесцветны, но некоторые из них имеют вполне определенную окраску. Например, манганат(\Т1)-анион MnO4 имеет фиолетовую окраску. Катионы переходных металлов чаще всего окрашены. Окраска солей зависит от электронного взаимодействия между катионом и анионом. Соль может иметь окраску, даже если она содержит бесцветный анион. Хорошим примером этого являются соли двухвалентной меди. Они имеют самую разнообразную окраску, несмотря на то что анион в каждом случае бесцветен.

Ковалентные соединения (в том числе и элементные) могут быть окрашенными либо бесцветными. Например, вода и аммиак бесцветны, а диоксид азота имеет коричневую окраску. Все галогены имеют окраску. Органические соединения окрашены главным образом только в том случае, если они содержат хромофор.

Электропроводность и сопротивление.Все металлы как в твердом, так и в жидком состоянии являются хорошими проводниками электричества. Твердые ионные соединения плохо проводят электрический ток. Однако в расплавленном состоянии или в водных растворах, вследствие того что их кристаллическая решетка разрушена и ионы могут перемещаться свободно, ионные соединения становятся хорошими проводниками электричества. Их называют электролитами, поскольку при пропускании электрического тока они подвергаются химическому разложению - электролизу. Ковалентные соединения не являются проводниками, хотя, реагируя с водой, некоторые из них образуют электролиты. Примерами подобных соединений являются хлороводород HCl и аммиак NH3. Как обычно, имеются и исключения. Например, графит является хорошим проводником электричества, хотя представляет собой ковалентное соединение. Такая особенность графита объясняется его слоистой структурой.

Электрическое сопротивление металла зависит от нескольких факторов-его природы, температуры, а также от длины и поперечного сечения проводника. Рассмотрим эти факторы подробнее.

Природа металла. Сопротивление электрическому току, по-видимому, обусловлено колебаниями ионов металла относительно их равновесных положений в кристаллической решетке. Эти колебания затрудняют движение электронов, что и вызывает сопротивление электрическому току.

Температура металла. По мере повышения температуры колебания ионов в кристаллической решетке металла усиливаются. Поэтому сопротивление металлов увеличивается с повышением температуры. Отсюда

Растворимость. Металлы не растворяются ни в полярных, ни в неполярных растворителях. Однако они растворимы в жидких металлах. Ионные соединения растворяются в полярных растворителях, подобных воде, но не растворяются в неполярных растворителях, как, например, тетрахлорометан CCl4. Когда ионные соединения растворяются в полярных растворителях, например в воде, происходит разрушение их кристаллической решетки и сольватация ионов молекулами растворителя (рис. 2.24). Это означает, что молекулы полярного растворителя определенным образом ориентируются вокруг ионов. Молекулярные соединения с каркасной структурой нерастворимы ни в каких растворителях. Молекулярные соединения, как правило, не растворяются в полярных растворителях, но растворяются в неполярных растворителях.

Тема 3. Периодическая система элементов и ее значение.

1. Периодический закон.

Периодический закон химических элементов (современная формулировка): свойства химических элементов, а также простых и сложных веществ, ими образуемых, находятся в периодической зависимости от значения заряда из атомных ядер.

2. Разделы периодической таблицы.

Периодическая система - графическое выражение периодического закона.

Естественный ряд химических элементов - ряд химических элементов, выстроенных по возрастанию числа протонов в ядрах их атомов, или, что то же самое, по возрастанию зарядов ядер этих атомов. Порядковый номер элемента в этом ряду равен числу протонов в ядре любого атома этого элемента.

Таблица химических элементов строится путем "разрезания" естественного ряда химических элементов на периоды (горизонтальные строки таблицы) и объединения в группы (вертикальные столбцы таблицы) элементов, со сходным электронным строением атомов.

В зависимости от способа объединения элементов в группы таблица может быть длиннопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом и типом валентных электронов) и короткопериодной (в группы собраны элементы с одинаковым числом валентных электронов).

Группы короткопериодной таблицы делятся на подгруппы (главные и побочные), совпадающие с группами длиннопериодной таблицы.

У всех атомов элементов одного периода одинаковое число электронных слоев, равное номеру периода.

Число элементов в периодах: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32. Большинство элементов восьмого периода получены искусственно, последние элементы этого периода еще не синтезированы. Все периоды, кроме первого начинаются с элемента, образующего щелочной металл (Li, Na, K и т. д.), а заканчиваются элементом, образующим благородный газ (He, Ne, Ar, Kr и т. д.).

В короткопериодной таблице - восемь групп, каждая из которых делится на две подгруппы (главную и побочную), в длиннопериодной таблице - шестнадцать групп, которые нумеруются римскими цифрами с буквами А или В, например: IA, IIIB, VIA, VIIB. Группа IA длиннопериодной таблицы соответствует главной подгруппе первой группы короткопериодной таблицы; группа VIIB - побочной подгруппе седьмой группы: остальные - аналогично.

Характеристики химических элементов закономерно изменяются в группах и периодах.

В периодах (с увеличением порядкового номера)

· увеличивается заряд ядра,

· увеличивается число внешних электронов,

· уменьшается радиус атомов,

· увеличивается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации),

· увеличивается электроотрицательность,

· усиливаются окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"),

· ослабевают восстановительные свойства простых веществ ("металличность"),

· ослабевает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов,

· возрастает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов.

В группах (с увеличением порядкового номера)

· увеличивается заряд ядра,

· увеличивается радиус атомов (только в А-группах),

· уменьшается прочность связи электронов с ядром (энергия ионизации; только в А-группах),

· уменьшается электроотрицательность (только в А-группах),

· ослабевают окислительные свойства простых веществ ("неметалличность"; только в А-группах),

· усиливаются восстановительные свойства простых веществ ("металличность"; только в А-группах),

· возрастает основный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),

· ослабевает кислотный характер гидроксидов и соответствующих оксидов (только в А-группах),

· снижается устойчивость водородных соединений (повышается их восстановительная активность; только в А-группах).

При перемещении вдоль периода СПРАВА НАЛЕВО металлические свойства элементов УСИЛИВАЮТСЯ. В обратном направлении возрастают неметаллические.

Подавляющее число элементов является металлами и только 22 элемента относят к неметаллам: это H, B, C, Si, N, P, As, O, S, Se, Te, а также все галогены и инертные газы.

Некоторые элементы в связи с тем, что они могут проявлять лишь слабые металлические свойства, относят к полуметаллам.

При перемещении СВЕРХУ ВНИЗ вдоль групп УСИЛИВАЮТСЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства элементов.

Металлы, в свою очередь, делятся на переходные и непереходные. Непереходные — это металлы, у которых второй снаружи электронный слой полностью укомплектован электронами (восемью или восемнадцатью). Когда непереходный металл отдает свои внешние валентные электроны, обнажается устойчивая оболочка инертного газа.
Иначе обстоит дело у переходных металлов. У них предпоследний слой не заполнен до конца. Все элементы первых трех периодов — непереходные элементы. Начинается четвертый период. Калий: в предпоследнем слое 8 электронов, значит — непереходный. Кальций: тоже 8, тоже непереходный. Скандий: первый переходный металл, у него 9 электронов, до восемнадцати далеко. От скандия до никеля все металлы — переходные. Медь: на предпоследнем уровне 18 электронов, но один из этих электронов любит перескакивать на последний слой, поэтому медь (и ее родственников — серебро и золото) относят к переходным металлам. Но зато цинк — настоящий непереходный металл. И галлий, и германий.
Можно сделать такой вывод—переходные металлы располагаются в четных рядах периодов, начиная с четвертого (в группах с III по VIII).