Kemiaa ei-opiskelijoille

Metallien sidokset

Miksi metallit käyttäytyvät niin kuin käyttäytyvät?

Yllä olevassa kuvassa on kuparilevy, joka on valmistettu vuonna 1893. Astiassa on runsaasti taidokkaita koristeita ja esine on erittäin käyttökelpoinen. Mitä olisi tapahtunut, jos olisimme päättäneet, että kupari(I)kloridi on yhtä hyvä materiaali (no, onhan siinä kuparia). CuCl päätyisi jauheeksi, kun hakkaisimme sitä muotoillaksemme sitä. Metallit käyttäytyvät ainutlaatuisella tavalla. Metallissa tapahtuva sidos on vastuussa sen erityisistä ominaisuuksista: kiilto, muovattavuus, sitkeys ja erinomainen johtavuus.

Metallisidos

Puhtaat metallit ovat kiteisiä kiinteitä aineita, mutta toisin kuin ioniset yhdisteet, kideruudukon jokaisessa pisteessä on identtinen atomi. Metallin uloimpien energiatasojen elektronit ovat liikkuvia ja pystyvät siirtymään metalliatomilta toiselle. Tämä tarkoittaa, että metallia tarkastellaan oikeammin positiivisten ionien joukkona, jota ympäröi liikkuvien valenssielektronien meri. Elektroneita, jotka pystyvät liikkumaan vapaasti metallikiteen tyhjillä orbitaaleilla, kutsutaan delokalisoiduiksi elektroneiksi (ks. kuva alla ). Metallisidos on paikallaan olevien metallikationien vetovoima ympäröiviin liikkuviin elektroneihin.

Metallien ominaisuudet

Metallisidosmalli selittää metallien fysikaaliset ominaisuudet. Metallit johtavat sähköä ja lämpöä erittäin hyvin, koska niiden elektronit kulkevat vapaasti. Kun elektronit tulevat metallipalan toiseen päähän, saman verran elektroneja virtaa toisesta päästä ulospäin. Kun metallin pintaan osuu valoa, sen elektronit absorboivat pieniä määriä energiaa ja virittyvät johonkin metallin monista tyhjistä orbitaaleista. Elektronit putoavat välittömästi takaisin alemmille energiatasoille ja säteilevät valoa. Tämä prosessi on vastuussa metallien korkeasta kiiltävyydestä.

Muista, että ioniset yhdisteet ovat hyvin hauraita. Voiman kohdistaminen johtaa siihen, että kiteessä olevat samankaltaisesti varautuneet ionit tulevat liian lähelle toisiaan, jolloin kide pirstoutuu. Kun metalliin kohdistetaan voima, vapaasti virtaavat elektronit voivat liukua paikallaan olevien kationien väliin ja estää niitä joutumasta kosketuksiin. Kuvittele, että öljyllä päällystetyt kuulalaakerit liukuvat toistensa ohi. Tämän seurauksena metallit ovat hyvin muovautuvia ja sitkeitä. Niitä voidaan vasaroida muotoon, rullata ohuiksi levyiksi tai vetää ohuiksi langoiksi.

Yhteenveto

• Metallien ominaisuuksista vastaa metallisidos.
• Metallit johtavat hyvin sähköä ja lämpöä.
• Metallit ovat sitkeitä ja muovattavia.
• Metalleilla on kiiltoa.

Harjoitus

Kysymyksiä

Vastaat alla olevan linkin avulla seuraaviin kysymyksiin:

http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/metallic.html

1. Mitä tapahtuu valenssielektroneille metalleissa?
2. Mikä pitää metallin atomit yhdessä?
3. Mitä tapahtuu metallisidokselle, kun metallia sulatetaan?
4. Mitä tapahtuu metallisidokselle, kun metalli kiehuu?

Katsaus

Kysymyksiä

1. Mikä on delokalisoitunut elektroni?
2. Miksi metallit johtavat hyvin sähköä ja lämpöä?
3. Miksi metalleilla on kiiltoa?