bg‑orange

Kowalność metali

bg

Przypomnijmy sobie model wiązania metalicznegowiązanie metalicznewiązania metalicznego. Na rysunku poniżej widać, że elektrony walencyjneelektrony walencyjneelektrony walencyjne atomów metalu, które wchodzą w skład chmury elektronowejchmura elektronowachmury elektronowej, otaczają rdzenie atomowerdzeń atomowyrdzenie atomowe (kationy metalu). Elektrony te przeciwdziałają odpychaniu dodatnich rdzeni i wiążą je, co jest wynikiem działania sił elektrostatycznych.

RLonvKEfADQG01
Model wiązania metalicznego
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W metalach, na skutek działania siły zewnętrznej (na przykład uderzenia młotkiem) dochodzi do przemieszczania się jednych rdzeni atomowych względem drugich.

RSaZDrFeVVPzG
Skutek działania siły mechanicznej na metal. Wiązanie metaliczne nie zostaje zniszczone.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

W efekcie widzimy, że metal jest odkształcany. Należy jednak przy tym zaznaczyć, że odkształcenie to nie niszczy wiązania metalicznego. Zmieniają się jedynie położenia rdzeni atomowych i chmury elektronowej, która charakteryzuje się dużą ruchliwością w metalach.

W efekcie obserwuje się, że metale są kowalnekowalnośćkowalne, tzn. można z nich wykuwać przedmioty o różnych kształtach.

bg‑orange

Kowalność a ciągliwość

bg

Plastyczność oznacza zdolność do ulegania odkształceniom, które można osiągnąć we wszystkich materiałach w określonych warunkach eksperymentalnych, ale w różnym stopniu. Właściwości plastyczne, takie jak ciągliwość (zdolność do wyciągania w druty) i kowalność (na przykład zdolność do ściskania w arkusze), mają fundamentalne znaczenie dla zastosowania wielu metali (takich jak złoto), czy też stopów metali.

Ciągliwość jest miarą odporności metalu na naprężenia rozciągające. Określa podatność metalu do trwałego odkształcenia bez naruszenia jego spójności. Zwykle podczas wykonywania próby na rozciąganie, przy działaniu maksymalnej siły, metal jest wyciągany za oba jego końce (w sposób zaprezentowany poniżej).

RQEwlsvB8wHu1
Warstwy rdzeni atomowych podczas rozciągania. Beżowe kulki - rdzenie atomowe, niebieskie kulki- elektrony tworzące chmurę elektronową.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Na skutek rozciągania, warstwy rdzeni atomowych (kulki beżowe) mogą łatwo przesuwać się obok siebie, bez przerwania wiązania metalicznego. Na podstawie wykonywanego pomiaru określa się górną lub dolną granicę plastyczności oraz wytrzymałość na rozciąganie. Jeżeli metal jest ciągliwy to oznacza to, że w trakcie wykonywania próby można go rozciągnąć w cienki drut, który nie łamie się, ani nie słabnie. Przykładem metalu o dużej ciągliwości, który można wyciągać w cienkie druty bez zrywania jest miedź. Z kolei metale o niskiej ciągliwości np. bizmut, poddane naprężeniu rozciągającemu pękają.

Poniżej przedstawiono wybrane przejawy plastyczności metali.

RSoCCRodrksml1
Wymyśl pytanie na kartkówkę związane z tematem materiału.

Słownik

kowalność
kowalność

właściwość metalu polegająca na możliwości nadawania mu różnych kształtów

rdzeń atomowy
rdzeń atomowy

tzw. zrąb atomowy, jądro atomu wraz ze wszystkimi elektronami oprócz elektronów walencyjnych

chmura elektronowa
chmura elektronowa

w tym materiale zdelokalizowane elektrony otaczające kationy metali w kryształach metalicznych, często nazywana gazem elektronowym

wiązanie metaliczne
wiązanie metaliczne

oddziaływanie (bezkierunkowe) dodatnich jonów metali i elektronów walencyjnych, które poruszając się w całej objętości metalu, tworzą tzw. gaz elektronowy

elektrony walencyjne
elektrony walencyjne

elektrony, które występują na zewnętrznych powłokach elektronowych atomu (wyjątki blok d i f), zajmują orbitale o największej energii (dla atomu danego pierwiastka), biorą udział w tworzeniu wiązań chemicznych i decydują o właściwościach chemicznych pierwiastka

Bibliografia

Czerwiński A., Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1, Warszawa 2002.

Encyklopedia PWN

Litwin M., Styka – Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 2. Chemia organiczna. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2016.