金属键
定义
金属阳离子和自由电子之间强烈的相互作用。金属键没有方向性,当金属受到外力作用时,各层间发生相对滑动,但金属键仍然存在,原子不改变原有的排列方式,故金属键具有延展性。
内容
金属键(metallic bond)是化学键的一种,主要在金属中存在。由自由电子及排列成晶格状的金属离子之间的静电吸引力组合而成。由于电子的自由运动,金属键没有固定的方向,因而是非极性键。金属键有金属的很多特性。例如一般金属的熔点、沸点随金属键的强度而升高。其强弱通常与金属离子半径成逆相关,与金属内部自由电子密度成正相关(便可粗略看成与原子外围电子数成正相关)。
在配合物(多聚型)中,为达到18e-,金属与金属间以共价键相连,亦称金属键。
理论
在金属晶体中,自由电子作穿梭运动,它不专属于某个金属原子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用,从而形成某种结合,这种作用称为金属键。由于金属只有少数价电子能用于成键,金属在形成晶体时,倾向于构成极为紧密的结构,使每个原子都有尽可能多的相邻原子(金属晶体一般都具有高配位数和紧密堆积结构),这样,电子能级可以得到尽可能多的重叠,从而形成金属键。
上述假设模型叫做金属的自由电子模型,称为改性共价键理论。这一理论是1900年德鲁德(drude)等人为解释金属的导电、导热性能所提出的一种假设。这种理论先后经过洛伦茨(Lorentz,1904)和佐默费尔德(Sommerfeld,1928)等人的改进和发展,对金属的许多重要性质都给予了一定的解释。如:
⑴由于在金属晶体中,自由电子在金属中作穿梭运动,所以在外电场作用下,自由电子定向运动,产生电流。加热时,因为金属原子振动加剧,阻碍了自由电子作穿梭运动,因而金属电阻率一般和温度呈正相关。
⑵当金属晶体受外力作用而变形时,尽管金属原子发生了位移,但自由电子的连接作用并没变,金属键没有被破坏,故金属晶体具有延展性。
⑶自由电子很容易被激发,所以它们可以吸收在光电效应截止频率以上的光,并发射各种可见光,所以大多数金属呈银白色。
⑷温度是分子平均动能的量度,而金属原子和自由电子的振动很容易一个接一个的传导,故金属局部分子的振动能快速地传至整体,所以金属导热性能一般很好。
但是,由于金属的自由电子模型过于简单化,不能解释金属晶体为什么有结合力,也不能解释金属晶体为什么有导体、绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展,主要是量子理论的发展,建立了能带理论。
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