Химия. Сборник задач и упражнений. Часть II. Лямина Г.В - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

47
11. ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ
Металлы отличаются от других веществ высокой электри-
ческой проводимостью и теплопроводностью. В обычных усло-
виях они – кристаллические вещества (исключая ртуть) с высо-
кими координационными числами.
11.1. Металлическая связь
Специфику металлической связи рассмотрим на примере
лития. Литий кристаллизуется в объемно-центрированной ку-
бической решетке. У каждого атома восемь соседей, и поэтому
литий должен предоставить 8 электронов для образования свя-
зи. Это невозможно, так как у него всего один электрон на
внешнем энергетическом уровне (2s
1
). Как объяснить природу
связи в кристалле лития? Каждый атом предоставляет 4 орби-
тали (1s-орбиталь и 3р-орбитали) и 1 электрон. Таким образом,
число электронов намного меньше числа орбиталей. Поэтому
электроны могут свободно переходить с одной орбитали на
другую и принимать участие в образовании связи между всеми
атомами. Так как энергия ионизации у металлов низкая, то ва-
лентные электроны слабо удержи
ваются в атоме, то есть легко
перемещаются по всему кристаллу. Связь в металлах, таким
образом, сильно делокализована. Свободные электроны, пере-
мещающиеся по кристаллу, называют «электронным газом».
Именно поэтому металлы имеют блеск, они обычно серого цве-
та и непрозрачны.
Делокализация связи в кристаллах металлов является при-
чиной следующих их свойств:
–
пластичность – это способность изменять форму при
ударе, вытягиваться в проволоку, прокатываться в тонкие листы;
– электропроводность объясняется направленным дви-
жением свободных электронов от отрицательного полюса к по-
ложительному под влиянием небольшой разности потенциалов.
При нагревании электропроводность уменьшается, т. к. с по-
48
вышением температуры усиливаются колебания атомов и ио-
нов в узлах кристаллической решетки, что затрудняет направ-
ленное движение «электронного газа»;
–
теплопроводность обусловлена высокой подвижно-
стью свободных электронов и колебательным движением ато-
мов, благодаря чему происходит быстрое выравнивание темпе-
ратуры по массе металла.
11.2. Зонная теория кристаллов
Для описания связи в кристаллах используют зонную тео-
рию кристаллов (ЗТК).
ЗТК рассматривает твердое тело как единый коллектив.
Согласно теории химической связи каждое энергетическое со-
стояние расщепляется на два – связывающее и разрыхляющее
(2 атома – 2 состояния). Чем
больше атомов, тем больше со-
стояний. Пусть из N атомов состо-
ит кристалл (рис. 11.2.1), тогда
существует N состояний. Так ка
к
N велико, то энергетические уров-
ни сближаются, образуя энергети-
ческую зону. Изменение энергети-
ческих состояний в пределах зоны
составляет 10–22 эВ. Это очень
маленькая величина, и поэтому
изменение энергии электронов в
зоне можно представить как не-
прерывную полосу энергии. Орби-
тали энергетической зоны прости-
раются по всему кристаллу.
Предположим, что атомы расположены др
уг от друга на
большом расстоянии (r) (больше, чем в реальном кристалле).
Рис. 11.2.1. Построение
энергетических зон
Е

Страницы