Chemistry for Non-Majors

Metallic Bonding

Waarom gedragen metalen zich zoals ze zich gedragen?

De afbeelding hierboven is van een koperen plaat die in 1893 werd gemaakt. Het gebruiksvoorwerp is rijkelijk versierd en het is zeer nuttig. Wat zou er gebeurd zijn als we hadden besloten dat koper(I)chloride net zo’n goed materiaal was (nou ja, er zit wel koper in). Het CuCl zou als poeder eindigen als we erop zouden stampen om het vorm te geven. Metalen gedragen zich op een unieke manier. De binding die in een metaal optreedt is verantwoordelijk voor de onderscheidende eigenschappen: glans, smeedbaarheid, buigzaamheid, en uitstekend geleidingsvermogen.

De metaalbinding

Pure metalen zijn kristallijne vaste stoffen, maar in tegenstelling tot ionische verbindingen wordt elk punt in het kristalrooster bezet door een identiek atoom. De elektronen in de buitenste energieniveaus van een metaal zijn beweeglijk en kunnen van het ene metaalatoom naar het andere drijven. Dit betekent dat het metaal beter kan worden gezien als een reeks positieve ionen, omgeven door een zee van beweeglijke valentie-elektronen. Elektronen die zich vrij door de lege banen van het metaalkristal kunnen bewegen, worden gedelokaliseerde elektronen genoemd (zie onderstaande figuur). Een metaalbinding is de aantrekkingskracht van de stationaire metaalkationen op de omringende mobiele elektronen.

Eigenschappen van metalen

Het metaalbindingsmodel verklaart de fysische eigenschappen van metalen. Metalen geleiden elektriciteit en warmte zeer goed door hun vrij stromende elektronen. Als elektronen het ene uiteinde van een stuk metaal binnenkomen, stroomt een gelijk aantal elektronen van het andere uiteinde naar buiten. Wanneer licht op het oppervlak van een metaal wordt geschenen, absorberen de elektronen kleine hoeveelheden energie en worden ze aangeslagen in een van de vele lege banen. De elektronen vallen onmiddellijk terug naar lagere energieniveaus en zenden licht uit. Dit proces is verantwoordelijk voor de hoge glans van metalen.

Bedenk dat ionische verbindingen zeer bros zijn. Het uitoefenen van een kracht heeft tot gevolg dat gelijk geladen ionen in het kristal te dicht bij elkaar komen, waardoor het kristal versplintert. Wanneer een kracht wordt uitgeoefend op een metaal, kunnen de vrijstromende elektronen tussen de stationaire kationen glippen en voorkomen dat ze elkaar raken. Stelt u zich kogellagers voor die met een laagje olie langs elkaar glijden. Daardoor zijn metalen zeer kneedbaar en buigzaam. Ze kunnen in vormen worden gehamerd, in dunne platen worden gerold, of in dunne draden worden getrokken.

Samenvatting

• De metaalbinding is verantwoordelijk voor de eigenschappen van metalen.
• Metalen geleiden elektriciteit en warmte goed.
• Metalen zijn buigzaam en kneedbaar.
• Metalen hebben glans.

Practicum

Vragen

Gebruik de onderstaande link om de volgende vragen te beantwoorden:

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

1. Wat gebeurt er met valentie-elektronen in metalen?
2. Wat houdt de atomen van een metaal bij elkaar?
3. Wat gebeurt er met de metaalbinding als een metaal wordt gesmolten?
4. Wat gebeurt er met de metaalbinding als een metaal kookt?

Review

Questions

1. Wat is een gedelokaliseerd elektron?
2. Waarom geleiden metalen elektriciteit en warmte goed?
3. Waarom hebben metalen glans?