Metallisidos on eräänlainen kemiallinen sidos muodostuu positiivisesti varautuneiden atomien välillä, joissa vapaat elektronit jakautuvat hilan kesken kationeista. Verrattuna, kovalenttiset ja ioniset sidokset muodostuu kahden erillisen atomin väliin. Metallinen sitoutuminen on tärkein kemiallisen sidoksen tyyppi, joka muodostuu metalliatomien välillä.
Metallisidokset nähdään puhtaina metallit ja seokset ja jotkut metalloidit. Esimerkiksi grafeenilla (hiilen kaikki tyypillä) on kaksiulotteinen metalli-sidos. Edes puhtaat metallit voivat muodostaa muun tyyppisiä kemiallisia sidoksia atomiensa välille. Esimerkiksi elohopea-ioni (Hg22+) voivat muodostaa metalli-metalli-kovalenttisia sidoksia. Puhdas gallium muodostaa kovalenttiset sidokset atomisparien välille, jotka on sidottu metallisilla sidoksilla ympäröiviin pareihin.
Kuinka metallisidokset toimivat
Metalliatomien ulkoiset energiatasot ( s ja p kiertoradat) ovat päällekkäisiä. Ainakin yhtä metallisissa sidoksissa olevista valenssielektroneista ei ole jaettu naapuri-atomin kanssa, eikä sitä menetetä muodostamaan ionia. Sen sijaan elektronit muodostavat niin kutsutun "elektronimeri", jossa valenssielektronit voivat liikkua vapaasti atomista toiseen.
Elektronimeri-malli on metallisen sitoutumisen ylimääräinen yksinkertaistaminen. Elektronisen kaistarakenteen tai tiheysfunktioiden perusteella tehdyt laskelmat ovat tarkempia. Metallista sitoutumista voidaan pitää seurauksena materiaalista, jolla on paljon enemmän delokalloituneita energiatiloja kuin se sillä on delokalisoituneet elektronit (elektronivaje), joten paikalliset parittomat elektronit voivat muuttua delokalisoituneiksi ja mobiili. Elektronit voivat muuttaa energiatiloja ja liikkua hilan läpi mihin tahansa suuntaan.
Sitoutuminen voi tapahtua myös metallisen rypäleen muodostumisen muodossa, jossa delokalisoituneet elektronit virtaavat paikallisten ytimien ympärillä. Sidoksen muodostuminen riippuu suuresti olosuhteista. Esimerkiksi vety on korkea paineen alainen metalli. Kun paine vähenee, sitoutuminen muuttuu metallisesta kovalenttiseksi polaariseksi.
Metallisidosten liittäminen metallisiin ominaisuuksiin
Koska elektronit sijoittuvat positiivisesti varautuneiden ytimien ympärille, metallisituminen selittää metallien monia ominaisuuksia.
Sähkönjohtavuus: Suurin osa metalleista on erinomaisia sähkönjohtajia, koska elektronimelon elektronit voivat vapaasti liikkua ja kuljettaa varausta. Johtavat ei-metallit (kuten grafiitti), sula ioniyhdisteet ja vesipitoiset ioniyhdisteet johtavat sähköä samasta syystä - elektronit voivat liikkua vapaasti.
Lämmönjohtokyky: Metallit johtavat lämpöä, koska vapaat elektronit kykenevät siirtämään energiaa pois lämmönlähteestä, ja myös siksi, että atomien (fononien) värähtelyt liikkuvat kiinteän metallin läpi aallona.
sitkeys: Metallit ovat yleensä taipuisia tai ne voidaan vetää ohuiksi langoiksi, koska atomien väliset paikalliset sidokset voivat helposti hajottua ja myös uudistua. Yksittäiset atomit tai kokonaiset arkit voivat liukua toistensa ohi ja uudistaa siteitä.
muokattavuus: Metallit ovat usein muokattavia tai ne voidaan muovata tai muotoilla uudelleen, jälleen siksi, että atomien väliset sidokset hajoavat helposti ja uudistuvat. Metallien välinen sidontavoima on yksisuuntainen, joten metallin vetäminen tai muotoilu murskaa sitä vähemmän. Kristallin elektronit voidaan korvata muilla. Edelleen, koska elektronit voivat liikkua vapaasti toisistaan, metallin työstäminen ei pakota samankaltaisia varautuneita ioneja yhdessä, mikä voi hajottaa kiteen voimakkaan heijastusvaiheen kautta.
Metallinen kiilto: Metallit ovat yleensä kiiltäviä tai näyttävät metalliselta kiiltävältä. Ne ovat läpinäkymättömiä, kun tietty vähimmäispaksuus on saavutettu. Elektronimeri heijastaa fotoneja sileästä pinnasta. Valolle, joka heijastuu, on ylätaajuuden raja.
Metallisidoksissa olevien atomien välinen vahva vetovoima tekee metalleista vahvoja ja antaa niille suuren tiheyden, korkean sulamispisteen, korkean kiehumispisteen ja alhaisen haihtuvuuden. On poikkeuksia. Esimerkiksi elohopea on neste normaaleissa olosuhteissa ja sillä on korkea höyrynpaine. Itse asiassa kaikki sinkkiryhmän metallit (Zn, Cd ja Hg) ovat suhteellisen haihtuvia.
Kuinka vahvat ovat metallisidokset?
Koska sidoksen vahvuus riippuu sen osallistujan atomeista, on vaikea luokitella kemiallisten sidosten tyyppejä. Kovalenttiset, ioniset ja metallisidokset voivat kaikki olla vahvoja kemiallisia sidoksia. Jopa sulassa metallissa sidos voi olla vahva. Esimerkiksi gallium on haihtumaton ja sillä on korkea kiehumispiste, vaikka sen sulamispiste on matala. Jos olosuhteet ovat oikeat, metallinen liimaus ei edes vaadi hilaa. Tätä on havaittu lasissa, joilla on amorfinen rakenne.