Металлическая связь и кристаллы металлов

На симметрию кристаллической решетки -элементов их (п - 1) -электроны практически не влияют. Но если атом металла содержит неспаренные -электроны, то эти электроны могут взаимодействовать с -электронами соседних атомов металла и образовывать дополнительные ковалентные связи. Аналогичное взаимодействие возможно и для р-элементов. В этих металлах существуют металлическая и ковалентная связи одновременно. Ковалентная локализованная связь обладает свойством направленности, а металлическая — ненаправленная связь. Поэтому первый вид связи обуславливает более упорядоченное состояние, а второй — менее упорядоченное, т. е. с большей энтропией. При более высоких температурах на структуре кристаллической решетки и свойствах простого вещества сказывается, в основном, наличие металлической связи. Понижение температуры приводит к уменьшению отрицательного энтропийного (—Т Д5) вклада в изменение энергии Гиббса и начинает преобладать более упорядоченная локализованная ковалентная связь. Типичным примером является олово. Так, стабильной модификацией олова при i > 13,2 °С является мягкий металл ( белое олово), в то время как при более низких температурах устойчивее серое олово, представляющее собой твердый и хрупкий порошок с кристаллической решеткой типа алмаза — кристалла, с ковалентной связью [c.321]

Металлическая связь свойственна металлам, в кристаллах которых положительно заряженные атомы окружены хаотически перемещающимися свободными электронами. Упрощенно эту связь можно представить как катионный каркас , погруженный в электронный газ . [c.16]

Для описания металлической связи как единого коллектива взаимодействующих частиц в твердом теле применяют зонную теорию кристаллов. В основу зонной теории проводимости металлов, а также других кристаллических тел (см, 5.10) положены по существу два принципиальных вывода из квантово-мехаиических представлений энергия электронов в металле (твердом теле) может принимать только дискретные значения распределение электронов по уровням энергии подчиняется квантовой статистике Ферми — Дирака, удовлетворяющей принципу Паули. [c.122]

Более совершенную модель металлической связи позволяет создать теория молекулярных орбиталей. Согласно этой модели, весь кристалл металла следует рассматривать как одну гигантскую молекулу. Все атомные орбитали определенного типа взаимодействуют в кристалле, образуя совокупность делокализованных орбиталей, простирающихся по всему кристаллу. Число валентных атомных орбиталей в отдельном кристалле достигает 10 . Чтобы представить себе, как происходит взаимодействие столь большого числа валентных орбиталей, рассмотрим гипотетическую последовательность линейных молекул лития, Ыг, з, в которых основную роль играют валентные 25-орбитали. На рис. 14-24 показано образование молекулярных орбиталей для трех указанных молекул. Отметим, что вследствие делокализации молекулярных орбиталей ни одному из электронов не приходится располагаться на разрыхляющей орбитали. По мере удлинения цепочки атомов в молекуле расстояние между орбитальными энергетическими уровнями все более сокращается. В предельном случае для кристалла, состоящего из 10 атомов, комбинация атомных орбита-лей приводит к возникновению широкой полосы, или, как говорят, зоны, тесно расположенных энергетических уровней. [c.625]

Металлические кристаллические решетки и металлическая связь. Ее особенности. Характерные свойства металлов. Кристаллизация металлов по принципу плотных упаковок. Интерметаллические соединения и твердые растворы с металлической проводимостью. Кристаллы металлов строятся из атомов элементов, которые имеют один, два или три внешних (валентных) электрона (редко больше). При конденсации металлического пара эти электроны утрачивают связь с отдельными атомами и обобществляются теми положительными остовами атомов, которые остаются от них при коллективизации наружных электронов. Это приводит к образованию связи между системой положительных остовов атомов в металлической решетке [65, стр. 26— 27].. [c.125]

Простая модель металлической связи, основанная на представлении об электронном газе , согласуется также с двумя другими характерными свойствами металлов их ковкостью и пластичностью. Ковкое вещество легко поддается расплющиванию молотом в тонкие листы пластичное вещество можно вытягивать в тонкую проволоку. Для того чтобы такая обработка металлов с изменением формы происходила без разрущения, атомные плоскости кристалла должны легко скользить одна по другой. Такое смещение атомов не вызывает появления больших сил отталкивания в металлах, потому что подвижный электронный газ постоянно смягчает перемещение положительных ионов, экранируя их друг от друга. Совсем [c.624]

Из металлов наибольшую температуру плавления имеют простые вещества -элементов. Полагают, что в этот проявляется ковалентная связь (за счет -электронов), которая присутствует в их кристаллах наряду с металлической связью (за счет внешних з-электронов). Участие в образовании ковалентной связи в наибольшей степени проявляется у 5 -электронов, поэтому в подгруппах -элементов температура плавления с ростом порядкового номера повышается (рис. 145). [c.259]

У большинства металлов на внешней электронной оболочке имеется значительное число вакантных орбиталей и малое число электронов. Поэтому энергетически более выгодно, чтобы электроны не были локализованы, а принадлежали всему металлу. Согласно теории свободных электронов в узлах решетки металла находятся положительно заряженные ионы, которые погружены в электронный газ , распределенный по всему металлу. Таким образом, валентные электроны у металлов не локализованы. Между положительно заряженными ионами металла и нелокализованными электронами существует электростатическое взаимодействие, обеспечивающее устойчивость вещества. Энергия этого взаимодействия является промежуточной между энергиями ковалентных и молекулярных кристаллов. Поэтому элементы с чисто металлической связью ( - и / -металлы) характеризуются относительно невысокими температурами плавления и твердостью. Наличие электронов, которые могут свободно перемещаться [c.102]

VI е т а Л Л И ч е С К а я связь отличается тем, что валентные электроны являются общими для всего кристалла. Металл пред-ста ляет собой совокупность пространственной решетки, построенной из положительных ионов, возникающих в результате отщепления от каждого из атомов одного или нескольких валентных электронов, и этих отщепившихся электронов, движущихся внутри решетки и взаимодействующих как с ионами, расположенными в узлах решетки, так и друг с другом. Электроны не принадлежат определенным атомам. Они непрерывно н беспорядочно перемещаются внутри кристаллической решетки, переходят от одного атома к другому, связывая их. Скопление электронов, осуществляющих. металлическую связь, получило название электронного газа. [c.9]

Для лучшего понимания свойств металлических сплавов и соединений с металлической связью напомним некоторые определения химии и физики металлов. Образование смешанных кристаллов происходит в том случае, если размеры атомов различных металлов близки между собой. При этом различают смешанные кристаллы замещения и внедрения. [c.143]

Рассмотренная картина электронного строения твердых металлов показывает, что валентные электроны, осуществляющие химическую связь, принадлежат не двум или нескольким определенным атомам, а всему кристаллу металла. При этом валентные электроны способны свободно перемещаться в объеме кристалла. Связь является в высшей степени делокализованной. Образованную подобным образом химическую связь называют металлической связью, а совокупность делокализованных электронов в металле — электронным газом. [c.150]

Пластичность металла определяется способностью металла не разрушаясь деформироваться так, что деформации остаются и после окончания действия нагрузки. Пластичность металлов имеет очень большое практическое значение. Благодаря этому свойству металлы поддаются ковке, прокатке, вытягиванию в проволоку (волочению), штамповке. Смещение заполненных атомами металла плоскостей в кристалле в определенных пределах не приводит к разрушению металлической связи. Механизм образования смещений связан с появлением и движением дислокаций. Хрупкими определенное время считались титан, вольфрам, хром, молибден, тантал, висмут, цирконий. Очищенные от примесей эти металлы — высокопластичные материалы, которые можно ковать, прессовать, прокатывать. В табл. 11.3 приведены значения относительного удлинения некоторых металлов, характеризующего их пластичность. [c.324]

Рассмотрим кристалл металла. Характерной особенностью атомов всех металлов является то, что у них на внешних оболочках имеются вакантные орбитали. При объединении атомов в кристалл эти орбитали перекрываются так, что между атомами образуются области (зоны), по которым свободно могут передвигаться электроны. Как и в случае ковалентной связи, металлическая связь образуется путем обобществления валентных электронов, но Валентные электроны в кристалле металла в отличие от ковалентного кристалла утрачивают связь с отдельными атомами и свободно перемещаются по всему [c.100]

Три четверти элементов системы Д. И. Менделеева являются металлами. Металлические элементарные вещества отличаются от других элементарных веществ рядом специфических свойств характерным металлическим блеском, высокой электропроводностью, уменьшающейся с повышением температуры, высокой теплопроводностью и пластичностью. Эти свойства тесно связаны с электронной структурой атома и с особенностями взаимодействия атомов в кристалле металла. [c.199]

Различают три основных вида химической связи металлическую, ковалентную и ионную. Металлическая связь возникает в кристаллах металлов. [c.39]

Металлические кристаллы. Металлическая связь. Более восьмидесяти элементов периодической системы в твердом состоянии проявляют так называемые металлические свойства. К ним относятся все s-элементы, кроме водорода и гелия, все d- и /-элементы и часть р-элементов. Металлическими свойствами обладают и многочисленные сплавы указанных элементов. К металлическим свойствам обычно относят большую электрическую проводимость, высокую тягучесть и ковкость, металлический блеск и высокую отражательную способность в видимой области спектра. В табл. III.2 приведены некоторые свойства металлов. Там же для сопоставления даны аналогичные [c.69]

Металлическая связь отличается от ковалентной также и по прочности ее энергия в 3—4 раза меньше энергии ковалентной связи. Существование подвижных электронов в кристалле металлов объясняет их многие характерные особенности (электропроводность, теплопроводность). [c.97]

Металлическая связь. Металлическая связь — разновидность ненаправленной ковалентной связи. Она существует между атомами с небольшим числом валентных электронов, слабо удерживаемых ядром, и большим числом свободных валентных орбиталей. Металлическая связь осуществляется в кристаллах металлов и их сплавов. Существованием такой связи объясняются общие свойства металлов. Как известно, металлы — это твердые, блестящие вещества, хорошо проводящие электричество, теплоту многие из них имеют высокие температуры плавления и кипения, а также способны к вытягиванию в проволоку и прокатыванию в листы. Такая же связь имеет место в жидких металлах и сплавах (они сохраняют высокую электрическую проводимость). [c.31]

Таким образом, твердый металл представляет собой каркас из положительных ионов, находящихся в узлах кристалла и погруженных в море подвижных электронов. Металлическая связь существенно отличается от ковалентной связи. В случае металлической связи электроны равномерно распределены между положительными центрами, а в случае ковалентной сосредоточиваются (локализуются) в определенных областях пространства. [c.31]

Металлическая связь. Металлическая связь — разновидность ненаправленной ковалентной связи. Она существует между атомами с небольшим числом валентных электронов, слабо удерживаемых ядром, и большим числом свободных валентных орбиталей. Металлическая связь осуществляется в кристаллах металлов и их сплавов, а также интерметаллических соединений. [c.49]

Кристаллы чистых металлов построены из одинаковых атомов, и химическая связь в них является ненасыщенной (см. 7). Поскольку энергия металлической связи достаточно велика, то кристаллы металлов обладают довольно высокими температурами плавления и малой летучестью. Отличительными свойствами кристаллов металлов является их высокие электро- и теплопроводность, а также гибкость и ковкость. Все перечисленные свойства связаны с присутствием в решетке металлов свободно перемещающихся электронов. [c.85]

Общая черта рассмотренных четырех типов связи — локализация валентных электронов, их принадлежность определенным атомам (одному или группе). Это позволяет объединить вещества с такими связями в общее понятие неметаллов. Иной характер обнаруживает металлическая связь, которая осуществляется нелокализованными электронами. Металл можно представить как совокупность положительных ионов в узлах решетки и обобществленных валентных электронов, свободно движущихся по всему объему кристалла (электронный газ). [c.177]

В металлах между атомами осуществляется металлическая связь, характерной особенностью которой является обобществление валентных электронов множеством атомов в кристалле (делокализация). [c.77]

Металлические кристаллические решетки и металлическая связь. Кристаллы металлов строятся из атомов элементов, которые имеют один, два пли три внешних (валентных) электрона (редко больше). Прн конденсации металлического пара эти электроны утрачивают связь с отдельными атомами и обобшествляются теми положительными остовами атомов, которые остаются от них при коллективизации наружных электронов. Это прпЕюдит к образованию связи между системой положительных остовов атомов в металлической решетке. [c.155]

Условия стеклообразования характеризуются кривой давления пара над переохлажденной жидкостью (см. рис. 126, кривая ЬЬ ). Однако даже глубокое переохлаждение жидкости не всегда приводит к образованию стекла. Возможность стеклообразования при затвердевании жидкости определяется характером химической связи и особенностями структуры жидкой и твердой фаз. Жидкости, обладающие преимущественно металлической связью (расплавы металлов, германия, кремния), или жидкости с ионной природой (расплавы солей) не склонны к стеклообразованию вследствие ненаправленности и ненасыщенностн этих типов связи. Поэтому возникновение дальнего порядка при затвердевании происходит достаточно легко и быстро. Затвердевание жидкостей, в которых преобладает ковалентная связь, приводит к образованию твердой фазы с сохранением того же типа связи. Процессы упорядочения при образовании кристаллов с ковалентной связью из-за направленности и насыщаемости ее затруднены и протекают сравнительно медленно. В условиях достаточного переохлаждения при возрастании вязкости жидкости образование упорядоченной (кристаллической) фазы не происходит. Это и приводит к возникновению стекол. [c.306]

Металлические твердые растворы. Металлы характеризуются повышенной склонностью растворять металлы и в меньшей степени неметаллы. Эта способность — следствие предельной нелокализованности металлической связи. Вследствие дефицита электронов (см. рис. 75 валентная зона металлического кристалла может принимать некоторое число добавочных электронов, не вызывая изменений структуры и металлических признаков кристалла. Например, в кристалле серебра, атомы которого имеют по одному валентному электрону электронная концентрация (отношение общего числа валентных электронов к общему числу атомов в кристалле) равна 1. Но она может возрастать до 1,4 за счет электронов, вносимых атомами других элементов. [c.253]

Пластичность металлов также объясняется специфическими свойствами металлической связи. При мехаиическом воздействии на твердое тело отдельные слои его кристаллической решетки смещаются отиосительнс друг друга. В кристаллах с атомной структурой это приводит к разрыву ковалентных связей между атомами, принадлежащими различным слоям, и кристалл разрущается. В кристаллах с ионной структурой при взаимном смещении слоев неизбежно создается такое положение, при котором рядом оказы-вйются одноименно заряженные ионы при этом возникают силы Е ле.- лростатнческого отталкивания и кристалл также разрушается. В случае же металла при смещении отдельных с. юев его кристаллической решетки происходит лишь некоторое перераспределение электронного газа, связывающего друг с другом атомы металла, но разрыва химических сг,язей не происходит—металл деформируется, пе разрушаясь. [c.534]

Характерным механическим свойством металлов является их плис 1 ичлость (см. Г.1. VII, 3). Снособность металлов к пластической деформации обусловлена особенностью их кристаллической структуры, связанной с Ещлнчием свободно перемещающихся между узлами решетки электронов. Сментение заполненных ионами плоскостей в металлическом кристалле не приводит к его разрушению, если только расстояния между плоскостями изменяются в пределах, допускающих осуществление металлической связи. [c.217]

Металлическую связь образуют элементы, атомы которых на внешнем уровне имеют мало электронов по сравнению с общим числом внешних энергетически близких орбиталей, а валентные электроны из-за небольшой энергии ионизации слабо удерживаются в атоме. Химическая связь в металлических кристаллах сильно де-локалнзована, т. е. электроны, осуществляющие связь, обобществлены ( электронный газ ) и перемещаются по всему куску металла, в целом электронейтрального. [c.55]

Металлическая связь объясняет многие физические свойства металлов. Электроны, образующие металлическую связь, свободно перемещаются по кристаллу. Именно поэтому кристаллы с металлической связью пластичны, т. е. они изменяют форму при ударе, прокатываются в тонкие листы и вытягиваются в проволоку. Именно ггоэтому быстро выравнивается температура в пределах всего кристалла, что обуславливает хорошую теплопроводность. При приложении даже небольшой разности потенциалов электроны приобретают направленное движение от отрицательного полюса [c.55]

Наименьшим электрическим сопротивлением обладают метаалы, атомы которых имеют в качестве валентных только внешние 5-электроны. (Атомы серебра, меди и золота вследствие проскока з-электронов имеют электронные конфигурации валентных оболочек атомов щелочных элементов пз ). В этих случаях в компактных металлах реализуется, как правило, металлическая связь. Появление неспаренных р- и -электронов приводит к увеличению доли направленных ковалентных связей, электропроводность у.меньшается. Атом железа на предвнешней электронной оболочке имеет неспаренные Зс/-электроны, которые также образуют ковалентные связи. Кроме этого, в кристалле металла, когда энергетические уровни атомов объединяются в энергетические зоны, Зс(-и 45-зоны пересекаются. Поэтому при определенном возбуждении -электроны могут перейти на молек лярные орбитали -зоны н, таким образом, количество носителей заряда может уменьшиться. Поэтому металлы -элементов с частично заполненной электронной -подоболочкой у атомов имеют несколько более высокое электрическое сопротивление, чем металлы непереходных элементов. [c.323]

Таким,образом, валентные электроны участвуют в образовании связи сразу с восемью или двенадцатью атомами, каждый из которых в свою очередь входит в соседнюю группировку, насчитынающу ю такое же количество атомов. В этих условиях валентный электрон с небольшой энергией ионизации свободно перемещается по доступным орбиталям всех соседних атомов, обеспечивая связь между ними, т. е. является нелокализованным. Такая нелокализованная химическая связь в металлических кристаллах называется металлической связью. Для описания металлической связи часто используют модель свободного электрона . Согласно этой модели в узлах кристаллической решетки металла находятся положительные ионы металла, погруженные в электронный газ из нелокализованных валентных электронов атомов, участвующих в образовании кристалла. Устойчивость кристалла обеспечивается силами притяжения между положительными ионами и электронным газом. [c.80]

Для описания металлической связи часто используют модель свободного электрона . Согласно этой модели в узлах кристаллической решетки металла находятся положительно заряженные ионы металла, погруженные в электронный газ из нелокализо-ванных валентных электронов атомов, участвующих в образовании кристалла. Устойчивость кристалла обеспечивается силами притяжения между положительно заряженными ионами и электронным газом. Движение электронного газа подчиняется классическим законам перемещения частиц идеального газа. [c.23]

Металлическая связь осуществляется электронами, свободно переходящими от одного атома к другому в пределах металлического кристалла. Этот тип связи преобладает по сравнению с другими, когда в атомах имеется много свободных незанятых энергетических уровней, обеспечивающих свободное перемещение электронов, благодаря чему весь кристалл превращается в единую систему взаимосвязанных атомов. Обычно у атомов металлических элементов мало электронов на внешних энергетических уровнях, а число свободных уровней велико. Металлическая связь встречается не только у металлов, но и у некоторых карбидов (РедС, УС), силидов (СгЗ , 11512), в интерметаллических соединениях (MgZп2, NiSb, MgNi2Sn) и др. [c.67]

Можно также рассматривать металлическую связь как обычную ковалентную. При этом образующие связь пары электронов быстро перемещаются по всему кристаллу, успевая обеспечить притяжение между всеми соседними атомами. В обоих случаях представления о металлической связи основываются на том, что валентные электроны не закреплены жестко за каждым атомом металла, а находятся в общем владении всех атомов данного металлического кристалла. Такие электроны называются коллективизированньлми. [c.159]

При высоких температурах элементы подгруппы титана соединяются с углеродом, образуя карбиды типа ЭС. Реакции идут с выделением тепла 46 (Ti), 48 (Zr) и 52 ккал/моль (Hf). Карбиды Ti, Zr и Hf представляют собой металлического вида кристаллы со структурой типа Na l, очень твердые и тугоплавкие (т. пл. соответственно 3250, 3735 и 3890 °С). Сплав состава Hf -4Ta является самым тугоплавким из всех известных веществ (т. пл. 3990 °С). В противоположность карборунду рассматриваемые карбиды хорошо проводят электрический ток (лишь немного хуже соответствующих свободных металлов), с чем связано использование карбида титана при изготовлении дуговых ламп. Карбид этот часто вводят в состав керметов, используемых для изготовления разнообразных термостойких конструкций (лопаток газовых турбин и др.). Ввиду своей высокой твердости Ti и Zr иногда применяются в качестве шлифовального материала. При достаточном нагревании карбиды титана и его аналогов реагируют с галоидами, кислородом и азотом. [c.649]