جامدات فلزی

مدل اتمی و پیوند فلزی

الف) تعریف پایه جامدات فلزی

جامدات فلزی دسته‌ای از مواد بلوری هستند که ذرات سازنده شبکه آن‌ها را کاتیون‌های فلزی تشکیل می‌دهند. این کاتیون‌ها در موقعیت‌های معینی از شبکه بلور قرار گرفته‌اند و توسط الکترون‌های ظرفیت غیرمستقر احاطه شده‌اند.

ب) مدل دریای الکترونی 

برای توجیه رفتار فلزات، از مدل دریای الکترونی استفاده می‌شود. طبق این مدل:

1. اتم‌های فلزی با از دست دادن الکترون‌های لایه ظرفیت خود، به کاتیون تبدیل می‌شوند.

2, این کاتیون‌ها در جایگاه‌های مشخصی از شبکه بلوری به صورت منظم و فشرده چیده شده‌اند.

3. الکترون‌های ظرفیت آزاد شده، متعلق به هیچ اتم خاصی نبوده و به صورت غیرمستقر در سراسر شبکه بلور حرکت می‌کنند. به این مجموعه الکترون‌های روان، دریای الکترونی یا ابر الکترونی نامستقر می‌گویند که کاتیون‌ها را مانند چسبی در کنار هم نگه داشته است.\[[+] e^{-} [+] e^{-} [+] e^{-} [+]\]\[e^{-} [+] e^{-} [+] e^{-} [+] e^{-}\]\[[+] e^{-} [+] e^{-} [+] e^{-} [+]\](کاتیون‌های فلزی [+] غوطه‌ور در دریای الکترون‌های آزاد\( e^{-}\))

ج) تعریف پیوند فلزی

پیوند فلزی، جاذبه الکترواستاتیک قوی و همه‌جانبه‌ای است که میان کاتیون‌های فلزی (با بار مثبت) و دریای الکترون‌های نامستقر (با بار منفی) برقرار می‌شود. این پیوند جهت‌دار نیست؛ یعنی برخلاف پیوند کووالانسی  ، پیوند فلزی در تمام جهات پیرامون کاتیون اعمال می‌گردد.

۲. توجیه ویژگی‌های فیزیکی فلزات بر اساس مدل دریای الکترونی(بسیار مهم و امتحانی)

۳. قدرت پیوند فلزی و عوامل مؤثر بر آن

قدرت پیوند فلزی مستقیماً با  دمای ذوب/جوش آن در ارتباط است. عوامل اصلی تعیین‌کننده قدرت پیوند فلزی عبارتند از:

1. تعداد الکترون‌های ظرفیت (نامستقر): هرچه تعداد الکترون‌های جفت‌نشده یا لایه ظرفیت که به دریای الکترونی اهدا می‌شوند بیشتر باشد، جاذبه بین کاتیون‌ها و الکترون‌ها قوی‌تر خواهد بود (رابطه مستقیم).

2. بار کاتیون: هرچه بار کاتیون بزرگ‌تر باشد، نیروی جاذبه الکترواستاتیک قوی‌تری با دریای الکترونی برقرار می‌کند (رابطه مستقیم).

3. شعاع کاتیون: هرچه شعاع کاتیون کوچک‌تر باشد، چگالی بار آن بیشتر شده، فاصله مرکز کاتیون تا دریای الکترونی کمتر شده و در نتیجه پیوند فلزی قوی‌تر می‌شود (رابطه معکوس).

\[\text{قدرت پیوند فلزی}\propto \frac{\text{بار کاتیون}}{\text{شعاع یونی}}\]

۴. مقایسه فلزات دسته s (فلزات قلیایی و قلیایی خاکی) در برابر دسته d (فلزات واسطه)

فلزات قلیایی (گروه ۱) و قلیایی خاکی (گروه ۲) به عنوان فلزات اصلی دسته s شناخته می‌شوند. در مقابل، فلزات واسطه در دسته d جدول تناوبی قرار دارند. مقایسه ویژگی‌های ساختاری و فیزیکی این دو گروه به شرح زیر است: