金属键影响金属的化学性质吗

2024年11月22日 18:30
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网友(1):

概述
由电子阳离子与自由电子通过金属键构成的晶体。 其构成微粒为金属阳离子自由电子,其本质是一种电性作用。其强弱通常与金属离半径成逆相关,与金属内部自由电子密度成正相关(变可粗略看成与原子外围电子数成正相关)。

改性共价键理论

在金属晶体中,自由电子作穿梭运动,它不专属于某个金属离子而为整个金属晶体所共有。这些自由电子与全部金属离子相互作用,从而形成某种结合,这种作用称为金属键。由于金属只有少数价电子能用于成键,金属在形成晶体时,倾向于构成极为紧密的结构,使每个原子都有尽可能多的相邻原子(金属晶体一般都具有高配位数和紧密堆积结构),这样,电子能级可以得到尽可能多的重叠,从而形成金属键。

上述假设模型叫做金属的自由电子模型,称为改性共价键理论。这一理论是1900年德鲁德(drude)等人为解释金属的导电、导热性能所提出的悉迅一种假设。这种理论先后经过洛伦茨(Lorentz,1904)和佐默费尔德(Sommerfeld,1928)等人的改进和发展,对金属的许多重要性质都给予了一定的解释。但是,由于金属的自由电子模型过于简单化,不能解释金属晶体为什么有结合力,也不能解释金属晶体为什么有导体、绝缘体和半导体之分。随着科学和生产的发展,主要是量子理论的发展,建立了能带理论。

能带理论

金属键的能带理论是利用量子力学的观点来说明金属键的形成。因此,能带理论也称为金属键的量子力学模型,它有5个基本观点:

①为使金属原子的少数价电子(1、2或3)能够适应高配位数的需要,成键时价电子必须是“离域”的(即不再从属于任何一个特定的原子),所有价电子应该属于整个金属晶格的原子共有。

②金属晶格中原子很密集,能组成许多分子轨道,而且相邻的分子轨道能量差很小,可以认为各能级间的能量变化基本上是连续的。

③分子轨道所形成的能带,也可以看成是紧密堆积的金属原子的电子能级发生的重叠,这种能带是属于整个金属晶体的。例如,金属锂中锂原子的1S能级互相重叠形成了金属晶格中的1S能带,等等。每个能带可以包括许多相近的能级,因而每个能带会包括相当大的能量范围,有时可以高达418 kJ/mol。

④按原子轨道能级的不同,金属晶体可以有不同的能带(如上述金属锂中的1s能带和2s能带),由已充满电子的原子轨道能级所形成的低能量能带,叫做“满带”;由未充满电子的原子轨道能级所形成的高能量能带,叫做“导带”。这两类能带之间的能量差很大,以致低能带中的电子向高能带跃迁几乎不可能,所以把这两类能级间的能量间隔叫做“禁带”。例如,金属锂(电子层结构为1s22s1)的1s轨道已充满电子,2s轨道未充满电子,1s能带是个满带,2s能带是个导带,二者之间的能量差比较悬殊,它们之间的间隔是个禁带,是电子不能逾越的(即电子不能从1s能带跃迁到2s能带)。但是2S能带中的电子却可以在接受外来能量的情况下,在带内相邻能级中自由运动。

⑤金属中相邻近的能带也可以互相重叠,如铍(电子层结构为1s22s2)的2s轨道已充满电子,2s能带应该是个满带,似乎铍应该是一个非导体。但由于铍的2s能带和空的2p能带能量很接近而可以重叠,2s能带中的电子可以升级进入2p能带运动,于是铍依然是一种有良好导电性的金属,并且具有金属的通性。

根据能带理论的观点,金属能带之间的能量差和能带中电子充填的状况决定了物质是导体、非导体还是半导体(即金属、非金属或准金属)。如果物质的所有能带都全满(或最高能带全空),而且能带间的睁脊此能量间隔很大,这个物质将是一个非导体;如果一种物质的能带是部分被电子充满,或者有空能带且能量间隙很小,能够和相邻(有电子的)能带发生重叠,它是一种导体。半导体的能带结构是满带被电子充满,导带是空的,而禁带的宽度很窄,在一般情况下,由于满带上的电子不能进入导带,因此晶体不导电(尤其在低温下)。由于禁带宽度很窄,在一定条件下,使满带上的电子很容易跃迁到导带上去,使原来空的导带也充填部分电子,同时在满带上也留下空位(通常称为空穴),因此使导带与原来的满野源带均未充满电子,所以能导电。

能带理论也能很好地说明金属的共同物理性质。向金属施以外加电场时,导带中的电子便会在能带内向较高能级跃迁,并沿着外加电场方向通过晶格产生运动,这就说明了金属的导电性。能带中的电子可以吸收光能,并且也能将吸收的能量又发射出来,这就说明了金属的光泽和金属是辐射能的优良反射体。电子也可以传输热能,表明金属有导热性。给金属晶体施加应力时,由于在金属中电子是离域(即不属于任何一个原子而属于金属整体)的,一个地方的金属键被破坏,在另一个地方又可以形成金属键,因此机械加工不会破坏金属结构,而仅能改变金属的外形,这也就是金属有延性、展性、可塑性等共同的机械加工性能的原因。金属原子对于形成能带所提供的不成对价电子越多,金属键就越强,反应在物理性质上熔点和沸点就越高,密度和硬度越大。

能带理论对某些问题还难以说明,如某些过渡金属具有高硬度、高熔点等性质,有人认为原子的次外层d电子参与形成了部分共价性的金属键。所以说,金属键理论仍在发展中。

网友(2):

肯定有影响,结构决定性质,结构变了性春厅质一定会变,物质微观结构主要是电子云的分布,考虑物质的化学性质不能只看它可以与哪些物质反应,还要考虑温度碧誉呀,压强呀,反应速率呀等等,同一种物质例如Mg,对两个相同的反应的反应速率不同,这两个反应中的Mg的化学性悔森段质也不相同,所以金属键会影响金属的化学性质!

网友(3):

不影响,只影响金属的溶沸点。堆积方式。

网友(4):

影响