LEGAME METALLICO: PROPRIETÀ, COME SI FORMA ED ESEMPI - CHIMICA - 2024

Il legame metallico è quello che tiene saldamente insieme gli atomi degli elementi metallici. È presente nei metalli e definisce tutte le loro proprietà fisiche che li caratterizzano come materiali duri, duttili, malleabili e buoni conduttori di calore ed elettricità.

Di tutti i legami chimici, il legame metallico è l'unico in cui gli elettroni non si trovano esclusivamente tra una coppia di atomi, ma sono delocalizzati tra milioni di essi in una sorta di colla o "mare di elettroni" che li tiene strettamente insieme. o coesivo.

Legame metallico rame

Ad esempio, supponiamo il metallo rame. Nel rame, i suoi atomi di Cu cedono i loro elettroni di valenza per formare il legame metallico. Sopra questo legame è rappresentato come cationi Cu ²⁺ (cerchi blu) circondati da elettroni (cerchi gialli). Gli elettroni non sono fermi: si muovono attraverso il cristallo di rame. Tuttavia, nei metalli non si parla formalmente di cationi, ma di atomi metallici neutri.

Il legame metallico viene verificato esaminando le proprietà degli elementi metallici, nonché quelle delle loro leghe. Questi integrano una serie di materiali lucidi, argentati, resistenti e duri, che hanno anche punti di fusione e ebollizione elevati.

Come si forma il legame metallico?

Legame metallico in zinco

Il legame metallico si forma solo tra un insieme o un gruppo di atomi di metallo. Affinché gli elettroni si trasferiscano in tutto il cristallo metallico, deve esserci una "autostrada" su cui possono viaggiare. Questo è progettato dalla sovrapposizione di tutti gli orbitali atomici degli atomi vicini.

Ad esempio, si consideri una riga di atomi di zinco, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Questi atomi si sovrappongono ai loro orbitali atomici di valenza per creare orbitali molecolari. A loro volta, questi orbitali molecolari si sovrappongono ad altri orbitali di atomi di Zn vicini.

Ogni atomo di zinco contribuisce con due elettroni a contribuire al legame metallico. In questo modo, la sovrapposizione o unione degli orbitali molecolari, e gli atomi donati dallo zinco, danno origine ad una "autostrada" attraverso la quale gli elettroni vengono delocalizzati in tutto il cristallo come se fossero una colla o un mare di elettroni, coprendo o bagnando tutti gli atomi metallici.

Proprietà del legame metallico

strutture

Il legame metallico dà origine a strutture compatte, dove gli atomi sono strettamente uniti, senza molta distanza che li separa. A seconda del tipo di struttura specifica, ci sono diversi cristalli, alcuni più densi di altri.

Nelle strutture metalliche non si parla di molecole, ma di atomi neutri (o cationi, secondo altre prospettive). Tornando all'esempio del rame, nei suoi cristalli compatti non sono presenti molecole di Cu ₂ , con legame covalente Cu-Cu.

Riorganizzazione

Il legame metallico ha la proprietà di riorganizzarsi. Questo non accade con i legami covalenti e ionici. Se un legame covalente si rompe, non si riformerà come se nulla fosse accaduto. Inoltre, le cariche elettriche sul legame ionico sono invariabili a meno che non avvenga una reazione chimica.

Considera ad esempio il mercurio metallico per spiegare questo punto.

Il legame metallico tra due atomi di mercurio adiacenti, Hg ··· Hg, può rompersi e riformarsi con un altro atomo vicino se il cristallo è sottoposto a una forza esterna che lo deforma.

Il legame viene così riorganizzato mentre il vetro subisce una deformazione. Ciò conferisce ai metalli le proprietà di essere materiali duttili e malleabili. Altrimenti si romperanno come pezzi di vetro o ceramica, anche quando sono caldi.

Conduttività termiche ed elettriche

La proprietà che ha il legame metallico di avere i suoi elettroni delocalizzati dà anche ai metalli la capacità di condurre calore ed elettricità. Questo perché, poiché gli elettroni sono delocalizzati e si muovono ovunque, trasmettono efficacemente le vibrazioni atomiche come se fosse un'onda. Queste vibrazioni si traducono in calore.

D'altra parte, quando gli elettroni si muovono, vengono lasciati spazi vuoti che altri possono occupare, avendo così un vuoto elettronico attraverso il quale più elettroni possono "scorrere" e quindi originare una corrente elettrica.

In linea di principio, senza affrontare le teorie fisiche alla base del fenomeno, questa è la spiegazione generale della conducibilità elettrica dei metalli.

Lucentezza metallica

Gli elettroni delocalizzati e mobili possono anche interagire e rifiutare i fotoni nella luce visibile. A seconda delle densità e della superficie del metallo, può presentare diverse sfumature di grigio o argento, o anche scintillii iridescenti. I casi più eccezionali sono quelli di rame, mercurio e oro, che assorbono fotoni di determinate frequenze.

Delocalizzazione elettronica

Per comprendere il legame metallico è necessario capire cosa si intende per delocalizzazione degli elettroni. È impossibile determinare dove sono gli elettroni. Tuttavia, è possibile stimare in quale regione dello spazio è probabile che si trovino. In un legame covalente AB, la coppia di elettroni è distribuita nello spazio che separa gli atomi A e B; si dice quindi che si trovano tra A e B.

In un legame metallico AB, tuttavia, non si può dire che gli elettroni si comportino allo stesso modo di un legame covalente AB. Non si trovano tra due atomi specifici di A e B, ma sono diffusi o diretti ad altre parti del solido dove sono anche compattati, cioè strettamente legati, atomi di A e B.

Quando è così, si dice che gli elettroni del legame metallico siano delocalizzati: viaggiano in qualsiasi direzione in cui sono presenti gli atomi di A e B, come mostrato nella prima immagine con gli atomi di rame ei loro elettroni.

Pertanto, nel legame metallico si parla di una delocalizzazione di questi elettroni, e questa caratteristica è responsabile di molte delle proprietà che hanno i metalli. Anche la teoria del mare di elettroni si basa su di esso.

Esempi di legami metallici

Alcuni collegamenti metallici comunemente usati nella vita quotidiana sono i seguenti:

- Elementi metallici

Zinco

Legame metallico in zinco

Nello zinco, un metallo di transizione, i suoi atomi sono legati dal legame metallico.

Oro (Au)

L'oro puro, come le leghe di questo materiale con rame e argento, sono attualmente molto utilizzati in alta gioielleria.

Rame (Cu)

Questo metallo è ampiamente utilizzato nelle applicazioni elettriche, grazie alle sue eccellenti proprietà di conduzione elettrica.

Argento (Ag)

Date le sue proprietà, questo metallo trova largo impiego sia in applicazioni di alta gioielleria che in ambito industriale.

Nichel (Ni)

Allo stato puro viene solitamente utilizzato per la fabbricazione di monete, batterie, fonderia o varie parti metalliche.

Cadmio (Cd)

È un materiale molto tossico e viene utilizzato nella produzione di batterie.

Platino (Pt)

È utilizzato in alta gioielleria (leghe con oro) e nella produzione di strumenti di misura da laboratorio e impianti dentali.

Titanio (Ti)

Questo metallo è comunemente usato nell'ingegneria, così come nella produzione di impianti osteosintetici, applicazioni industriali e gioielli.

Piombo (Pb)

Questo materiale viene utilizzato nella produzione di conduttori elettrici, più specificamente, per la fabbricazione della guaina esterna dei cavi telefonici e di telecomunicazione.

- Composti metallici

Acciaio comune

La reazione del ferro con il carbonio produce l'acciaio comune, un materiale molto più resistente alle sollecitazioni meccaniche rispetto al ferro.

Acciaio inossidabile

Una variazione del materiale di cui sopra può essere trovata combinando acciaio comune con metalli di transizione come cromo e nichel.

Bronzo

È prodotto combinando il rame con lo stagno, in una proporzione approssimativa dell'88% e del 12%, rispettivamente. È utilizzato nella fabbricazione di monete, strumenti e ornamenti pubblici.

Leghe di mercurio

Varie leghe di mercurio con altri metalli di transizione, come argento, rame e zinco, producono gli amalgami utilizzati in odontoiatria.

Lega di cromo platino

Questo tipo di lega è ampiamente utilizzato per realizzare lamette da barba.

Pieltre

Questa lega di stagno, antimonio, busta e bismuto è comunemente utilizzata per la produzione di utensili domestici.

Ottone

Viene generato combinando rame e zinco, rispettivamente in una proporzione del 67% e del 33%. Viene utilizzato nella produzione di articoli hardware.

Teoria del mare di elettroni

Semplice rappresentazione di un mare di elettroni. Fonte: Muskid

L'immagine sopra illustra il concetto di un mare di elettroni. Secondo la teoria del mare di elettroni, gli atomi di metallo perdono i loro elettroni di valenza (cariche negative) per diventare ioni atomici (cariche positive). Gli elettroni rilasciati diventano parte di un mare in cui vengono delocalizzati per ogni centimetro del cristallo metallico.

Tuttavia, questo non significa che un metallo sia costituito da ioni; i suoi atomi sono in realtà neutri. Non parliamo di ioni Hg ⁺ nel mercurio liquido, ma di atomi neutri di Hg.

Un altro modo per visualizzare il mare di elettroni è assumere la neutralità degli atomi. Pertanto, sebbene concedano ai loro elettroni di definire il legame metallico che li mantiene strettamente coesi, ricevono anche istantaneamente altri elettroni da altre regioni del cristallo, in modo che non acquisiscano mai una carica positiva.

Questa teoria spiega perché i metalli sono duttili, malleabili e come i legami possono essere riorganizzati per consentire la deformazione di un cristallo senza rompersi. Alcune persone chiamano questo mare di elettroni "cemento elettronico", poiché è in grado di muoversi, ma in condizioni normali si solidifica e mantiene gli atomi metallici fermi e fissi.

Riferimenti

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