الرابطة المعدنية نوع من الروابط الكيميائية تتشكل بين ذرات موجبة الشحنة يتم فيها مشاركة الإلكترونات الحرة بين الشبكة الكاتيونات. فى المقابل، تساهمي و الرابطة الأيونية تشكل بين ذرتين منفصلتين. الرابطة المعدنية هي النوع الرئيسي من الروابط الكيميائية التي تتكون بين ذرات المعادن.
تعتبر الروابط المعدنية نقية المعادن والسبائك وبعض الفلزات. على سبيل المثال ، يُظهر الجرافين (وهو تآزر من الكربون) رابطة معدنية ثنائية الأبعاد. يمكن أن تشكل المعادن ، حتى النقية منها ، أنواعًا أخرى من الروابط الكيميائية بين ذراتها. على سبيل المثال ، أيون زئبقي (Hg22+) يمكن أن تشكل روابط تساهمية معدن فلز. يشكل الغاليوم النقي روابط تساهمية بين أزواج الذرات التي ترتبط بروابط معدنية بالأزواج المحيطة.
كيف تعمل السندات المعدنية
مستويات الطاقة الخارجية لذرات الفلز ( س و ص المدارات) تداخل. لا يتم مشاركة واحد على الأقل من إلكترونات التكافؤ المشاركة في رابطة معدنية مع ذرة جار ، ولا يتم فقدانها لتشكيل أيون. وبدلاً من ذلك ، تشكل الإلكترونات ما يمكن تسميته "بحرًا إلكترونيًا" تكون فيه إلكترونات التكافؤ حرة في الانتقال من ذرة إلى أخرى.
نموذج بحر الإلكترون هو تبسيط مفرط للربط المعدني. الحسابات المستندة إلى بنية النطاق الإلكتروني أو وظائف الكثافة أكثر دقة. قد يُنظر إلى الترابط المعدني نتيجة لمادة تحتوي على العديد من حالات الطاقة المحددة أكثر منها لديها إلكترونات مفككة (نقص الإلكترون) ، لذلك قد تصبح الإلكترونات المحلية غير المزاوجة محطمة التليفون المحمول. يمكن للإلكترونات تغيير حالات الطاقة والتحرك في جميع أنحاء الشبكة في أي اتجاه.
يمكن أن يأخذ الترابط أيضًا شكل تكوين الكتلة المعدنية ، حيث تتدفق الإلكترونات المفككة حول النوى الموضعية. تكوين السندات يعتمد بشكل كبير على الظروف. على سبيل المثال ، الهيدروجين معدن تحت ضغط مرتفع. مع انخفاض الضغط ، يتغير الارتباط من المعدني إلى التساهمي غير القطبي.
ربط السندات المعدنية بالخصائص المعدنية
نظرًا لأن الإلكترونات يتم تفكيكها حول نوى ذات شحنة موجبة ، تفسر الرابطة المعدنية العديد من خصائص المعادن.
التوصيل الكهربائي: معظم المعادن موصلات كهربائية ممتازة لأن الإلكترونات في بحر الإلكترون حرة في الحركة وتحمل الشحنة. المواد اللافلزية الموصلة (مثل الجرافيت) والمركبات الأيونية المنصهرة والمركبات الأيونية المائية توصل الكهرباء للسبب نفسه - للإلكترونات حرية الحركة.
توصيل حراري: تقوم المعادن بتوصيل الحرارة لأن الإلكترونات الحرة قادرة على نقل الطاقة بعيدًا عن مصدر الحرارة وأيضًا لأن اهتزازات الذرات (الفونونات) تتحرك عبر معدن صلب كموجة.
ليونة: تميل المعادن إلى أن تكون مرنة أو قابلة للسحب في أسلاك رفيعة لأن الروابط المحلية بين الذرات يمكن كسرها بسهولة وإصلاحها أيضًا. يمكن أن تنزلق ذرات واحدة أو أوراق كاملة من بعضها البعض وإصلاح السندات.
تطويع: المعادن غالبًا ما تكون قابلة للطرق أو يمكن تشكيلها أو ضربها في شكل ، مرة أخرى لأن الروابط بين الذرات تتكسر بسهولة وتصلح. قوة الربط بين المعادن غير اتجاهية ، لذلك من غير المحتمل أن يؤدي كسر أو تشكيل معدن إلى كسره. يمكن استبدال الإلكترونات في البلورة بأخرى. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الإلكترونات حرة في الابتعاد عن بعضها البعض ، فإن عمل المعدن لا يجبر أيونات متشابهة الشحنة ، مما قد يؤدي إلى كسر بلورة من خلال النفور القوي.
بريق معدني: تميل المعادن إلى أن تكون لامعة أو تظهر بريق معدني. تكون غير شفافة بمجرد تحقيق حد أدنى معين من السماكة. يعكس بحر الإلكترون الفوتونات عن السطح الأملس. هناك حد للتردد العلوي للضوء يمكن أن ينعكس.
إن الجاذبية القوية بين الذرات في الروابط المعدنية تجعل المعادن قوية وتعطيها كثافة عالية ونقطة انصهار عالية ونقطة غليان عالية وتقلب منخفض. هناك استثناءات. على سبيل المثال ، الزئبق سائل في الظروف العادية ولديه ضغط بخار مرتفع. في الواقع ، جميع المعادن في مجموعة الزنك (Zn و Cd و Hg) متقلبة نسبيًا.
ما مدى قوة السندات المعدنية؟
نظرًا لأن قوة الرابطة تعتمد على ذرات المشاركين فيها ، فمن الصعب تصنيف أنواع الروابط الكيميائية. قد تكون الروابط التساهمية والأيونية والمعدنية كلها روابط كيميائية قوية. حتى في المعدن المنصهر ، يمكن أن يكون الترابط قويًا. الغاليوم ، على سبيل المثال ، غير متطاير وله نقطة غليان عالية على الرغم من أنه يحتوي على نقطة انصهار منخفضة. إذا كانت الظروف مناسبة ، فإن الارتباط المعدني لا يتطلب حتى شعرية. وقد لوحظ ذلك في النظارات التي لها هيكل غير متبلور.