Legatura metalica

Legatura metalica

Metalele - 80 din cele 106 elemente cunoscute pana acum - prezinta unele proprietati comune care se datoresc configuratiei lor electronice si caracterul deosebit al legaturii dintre atomii lor. In conditii obisnuite, metalele sunt substante solide, cristaline (cu exceptia mercurului care este lichid) si proprietatile lor specifice se manifesta in aceasta stare.

Faptul ca proprietatile metalelor nu se pot explica prin extinderea teoriei legaturii chimice la retelele metalice, a condus la necesitatea fundamentarii teoretice a legaturii metalice admitand existenta unor electroni mobili in retelele metalice.

Metoda legaturii de valenta aplicata structurii metalelor de catre L.Pauling (1938) considera legatura metalica ca fiind o legatura covalenta delocalizata. Astfel, spre deosebire de teoria gazului de electroni, in MLV se considera ca electronii sunt mobili, se deplaseaza de la un nucleu la altul, dar nu parasesc nucleele, nu au o stare de independenta (se afla in stare de rezonanta), independenta miscarii electronilor in reteaua metalica fiind limitata la directiile pe care se afla nucleele.

Numarul de electroni cu care fiecare atom de metal participa efectiv la realizare legaturilor in retea a fost denumit de Pauling "valenta metalica". La stabilirea valentei metalice trebuie sa se tina seama de existenta orbitalului metalic, fara de care nu se pot realiza legaturi in retea. Pentru metalele reprezentative (blocul sp), orbitalii disponibili pentru realizarea legaturilor in retea sunt orbitalii de valenta ns si np, deci patru orbitali, iar pentru formarea legaturilor in metalele tranzitionale (blocul d), orbitalii liberi sunt cei cinci orbitali (n-1)d si orbitalii exteriori ns si np, in total noua orbitali.

Valenta metalica nu coincide cu valenta metalului in combinatiile sale. Legatura metalica nefiind saturata, numarul partenerilor din imediata vecinatate a unui atom metalic, cu care acesta formeaza legaturi directe in retea, este intotdeauna mai mare decat valenta metalica.

Toate proprietatile metalelor, depind de taria legaturii dintre atomii care compun reteaua si implicit de valoarea valentei metalice. Astfel, cu cat valenta metalica este mai mare si deci legaturile interatomice mai puternice, cu atat metalul este mai dur, mai dens, mai greu fuzibil, mai putin volatil.

Metoda orbitalilor moleculari interpreteaza legatura metalica ca o legatura covalenta realizata prin OM extinsi, obtinuti prin contopirea tuturor OA din stratul de valenta al atomilor metalici ce formeaza benzi de energie largi, apartinand in comun tuturor nucleelor, dar fiind numai partial ocupate cu electroni. In functie de numarul OA de valenta care participa la formarea benzilor de energie se cunosc doua situatii. Gradul de ocupare cu electroni explica taria interactiei din reteaua metalica si implicit, o serie de proprietati deosebite ale metalelor (raza metalica, punctele de topire si fierbere, densitate, duritate).

Reprezentarea nivelelor energetice ale unui atom de Na si a benzilor de energie in Na metalic: a) nivele de energie ale unui atom de Na; b) nivele de energie ale unor atomi de Na alaturati; c) benzi de energie in Na metalic; B - banda de conductie.

Partea din banda de valenta neocupata cu electroni numita banda de conductie, este folosita la circulatia electronilor supusi unei diferente de potential electric sau termic si explica in acest fel conductibilitatea electrica si termica a metalelor.