Условие задачи
Что общего между ковалентной и металлической связями и чем они различаются?
Решение
Данная задача относится к дисциплине физическая химия (а также к материаловедению), поскольку она касается описания химических связей. Ниже привожу подробное решение.
Общее между ковалентной и металлической связями:
• Обе связи представляют собой взаимодействия между атомами, приводящие к образованию более стабильных структур.
• В обеих связях играют роль электроны, участвующие в образовании связи между атомами.
• Оба типа взаимодействий способствуют формированию веществ с характерными физико-химическими свойствами (например, высокая температура плавления в случае некоторых металлов или прочность структуры в случае ковалентных соединений).
Различия между ковалентной и металлической связями:
1. Способ распределения электронов:
— При ковалентной связи электроны делятся между двумя конкретными атомами, формируя направленные (ориентированные) связи. В результате область между ядрами, где вероятность нахождения электрона высока, непосредственно зависит от расположения атомов.
— При металлической связи электроны становятся делокализованными, то есть не принадлежат какому-либо конкретному атому, а входят в так называемое «электронное облако» или «электронное море», заполняющее всю металлическую решётку. Это приводит к тому, что металлическая связь не имеет строгой направленности.
2. Характер взаимодействия:
— Ковалентная связь обычно образуется между неметаллами, где атомы стремятся достичь стабильного электронного конфигурации путём разделения электронных пар. Такая связь характеризуется определённой направленностью и фиксированными углами между связями.
— Металлическая связь образуется между атомами металлов. В металлах атомы расположены в кристаллической решётке, а делокализованные электроны обеспечивают не только связь между ядрами, но и обладают высокой подвижностью, что объясняет свойства металлов, такие как электропроводность, пластичность и высокая теплопроводность.
3. Энергетические и физические характеристики:
— Ковалентные связи часто обладают высоким значением энергии связи (в зависимости от конкретного соединения), что накладывает ограничения на температуру разрыва связи. Молекулы, образованные ковалентными связями, могут быть полярными или неполярными, что влияет на их физико-химические свойства.
— Металлические связи характеризуются коллективным свойством делокализованных электронов. Это приводит к тому, что энергия связи определяется не отдельными парами атомов, а коллективным взаимодействием всей решётки, что обеспечивает высокую прочность (в зависимости от типа металла) и уникальные электромагнитные свойства.
Таким образом, общее между ковалентной и металлической связями состоит в том, что в обеих случаях электроны играют главную роль в соединении атомов. Различие состоит в том, что в ковалентных связях электроны локализованы между конкретными атомными парами, а в металлических – делокализованы по всей решётке, что определяет их направленность, физические свойства и тип взаимодействий.