Legatura metalica

Legatura metalica. Metalele se deosebesc de majoritatea substantelor prin conductibilitate electrica si termica ridicata, rezistenta mecanica, ductilitate, maleabilitate, tenacitate etc., proprietati specifice tuturor metalelor, numite de aceea proprietati metalice. Aceste proprietati au fost interpretate inca de la inceputul acestui secol ca fiind datorate unor legaturi chimice tari intre atomii tuturor metalelor, analoage legaturilor covalente (V.M. Goldschmidt, 1928).

Dupa o teorie a lui L. Pauling, legatura metalica este asemanatoare cu legatura covalenta, datorita punerii in comun de perechi de electroni de catre atomii vecini in retea, deci datorita intrepatrunderii orbitalilor atomilor vecini. Aceste legaturi nu sunt fixe, ci ele se desfac si se refac in mod continuu cu electroni ce provin de la alti atomi vecini.

Acest fenomen a fost extins in intreaga masa a metalului si este asemanator cu fenomenul de rezonanta existent in moleculele de butadiena si benzen. Astfel, in cazul sodiului, ne putem imagina un numar mare de structuri limita printre care:

Na Na  Na Na

Na Na Na Na

Na Na Na Na

Na Na Na Na

structura reala fiind cea de rezonanta in care repartitia reala a electronilor intre atomii metalului este o repartitie intermediara intre un numar mare de posibilitati, deoarece numarul de electroni este prea mic pentru a forma covalente adevarate. De aceea, electronii de valenta, putini la numar la metale, se repartizeaza egal intre toti atomii, datorita mobilitatii lor mari. In fractiunea scurta de timp, in care electronii periferici au parasit atomul, acesta se transforma in ion pozitiv dupa schema:

A⁺  e^- e^-  A⁺

De aceea,legatura metalica nu este orientata astfel incat atomii adopta asezarile cele mai sarace in energie care corespund structurilor compacte. Dupa aceasta conceptie, nu este gresit a se defini metalele ca o ingramadire regulata de ioni pozitivi in echilibru cu atomii neutri care sunt scaldati intr-o baie de electroni mai mult sau mai putin liberi.

Taria legaturii metalice este in functie de numarul de legaturi pe care le poate forma un atom cu atomii vecini si deci de numarul de electroni necuplati. In acest fel se explica de ce elementele tranzitionale din grupa a VI-a secundara (Cr, Mo, W) care au 6 electroni necuplati, au cele mai ridicate puncte de topire si de fierbere si dau aliaje extrem de utile.

A.Sommerfeld, F. Bloch, A.H. Wilson, I. Brillouin, au interpretat legatura metalica pe o baza diferita. Deoarece, atomii metalici se afla foarte apropiati in reteaua cristalina se produce o intrepatrundere intre orbitalii stratului de valenta astfel incat electronii de valenta nu mai apartin unui atom sau unei perechi de atomi, ci devin comuni atomilor din intreaga masa de metal. De aceea, in locul unor nivele de energie discrete cum sunt in atomi, apar adevarate „zone de energie” numite benzi de energie sau benzi de valenta. In cazul elementelor tranzitionale, doua asemenea benzi de valenta pot avea energii egale ceea ce duce la o intrepatrundere a lor. Metalul este cu atat mai dur si prezinta constante fizice mai ridicate cu cat benzile de valenta sunt mai largi, cu cat ele se intrepatrund mai mult.