الترابط في المعادن

تتكون الروابط المعدنية بين ذرتين معدنيين. تم تطوير نموذج مبسط لوصف الترابط المعدني بواسطة Paul Dr &Paul Drüde يسمى“نموذج بحر الإلكترون”. 

نموذج بحر الإلكترون

لا تمتلك معظم ذرات المعادن إلكترونات تكافؤ كافية للدخول في رابطة أيونية أو تساهمية. ومع ذلك، فإن إلكترونات التكافؤ في ذرات المعدن يتم الاحتفاظ بها بشكل فضفاض بسبب انخفاض سلبيتها الكهربية أو جاذبيتها مع النواة. طاقة التأين لذرات المعدن (الطاقة المطلوبة لإزالة الإلكترون من الذرة) منخفضة، مما يسهل إزالة إلكترونات التكافؤ من الذرة الأم. تشكل الذرة أيوناً معدنياً موجب الشحنة، بينما توجد الإلكترونات الخارجية الحرة كسحب إلكترونية غير متمركزة سالبة الشحنة. يمكن مشاركة هذه الإلكترونات عن طريق العديد من الكاتيونات المعدنية المجاورة من خلال قوة جذب قوية بين هذه الأنواع سالبة وإيجابية الشحنة. تسمى هذه القوة الجاذبة بين الإلكترونات سالبة الشحنة والكاتيونات المعدنية الروابط المعدنية، التي تربط الذرات ببعضها البعض. يمثل نموذج البحر الإلكتروني هذا معظم الخصائص الفيزيائية للمعادن مثل التوصيل للتسخين والكهرباء، ونقاط الانصهار والغليان العالية، والقابلية للطرق، والليونة.

المواد الصلبة المعدنية

يمثل نموذج البحر الإلكتروني العديد من الخصائص المعدنية ، بما في ذلك الموصلية الحرارية والكهربائية العالية ، واللمعان المعدني، والليونة، والقابلية للطرق. يمكن للإلكترونات غير الموضعية توصيل الكهرباء والحرارة من أحد طرفي المعدن إلى آخر بمقاومة منخفضة. لا تكون الرابطة المعدنية بين ذرتين معدنيتين محددتين، ولكن بين أيونات المعادن والعديد من الإلكترونات غير المحددة، مما يسمح للمعادن بالتشوه تحت الضغط والحرارة دون أن تتحطم أو تنكسر. تختلف المعادن المختلفة، مثل الحديد أو الزئبق أو النحاس ، في خواصها الفيزيائية ، مما يعكس الاختلاف في قوة الرابطة المعدنية بين المعادن.

تتشكل المواد الصلبة المعدنية مثل بلورات النحاس والألومنيوم والحديد من ذرات معدنية: جميعها تتميز بتوصيل حراري وكهربائي عالي وبريق معدني وقابلية للتطويع. كثير منها صلب جداً وقوي جداً. بسبب قابليتها للطرق (القدرة على التشوه تحت الضغط أو الطرق)، فإنها لا تتحطم، وبالتالي، فإنها تصنع مواد بناء مفيدة. تختلف نقاط انصهار المعادن على نطاق واسع. الزئبق سائل في درجة حرارة الغرفة، وتذوب المعادن القلوية تحت 200 °C. العديد من معادن ما بعد التحول لها أيضاً نقاط انصهار منخفضة، بينما تذوب المعادن الانتقالية عند درجات حرارة أعلى من 1000 °C. تعكس هذه الاختلافات الاختلافات في قوة الترابط المعدني بين المعادن.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 10.5: The Solid State of Matter.