Глава V.37 Металлическая химическая связь

На рисунке 76 изображено произведение искусства древних скифских мастеров. Несмотря на очень солидный возраст, оно сохранило тончайший ажурный узор и мельчайшие детали изящных изображений животных. Что же удерживает на протяжении многих веков атомы металла в этом украшении?

Чтобы разобраться в том, какие силы удерживают атомы металла в металлическом изделии, вспомним особенности строения атомов элементов-металлов. Атомы большинства элементов-металлов содержат на внешнем энергетическом уровне 1–3  электрона и  (или) имеют больший радиус атома по сравнению с атомами элементов-неметаллов. Легко отрываясь от атомов металлов, внешние электроны становятся общими для всего металлического изделия или слитка. Атомы при этом превращаются в положительные ионы, расположенные в узлах металлической кристаллической решётки. Свободно передвигаясь между ними, обобществлённые электроны вновь соединяются с ионами, превращая их в атомы, затем опять отрываются от этих атомов, превращая их в ионы и т. д.

Процесс превращения атомов металлов в ионы и наоборот происходит непрерывно. Его можно отобразить следующей условной схемой:

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{М}}^0\\ \mathrm{атомы}\end{array}\right) - n\overline{e} \rightleftarrows \left(\begin{array}{c}{\mathrm{М}}^{\mathrm{n}+}\\ \mathrm{ионы}\end{array}\right)$

Следовательно, в металлическом изделии существуют особые взаимопревращающиеся частицы, которые называют ион-атомами. Эти частицы и связываются между собой обобществлёнными электронами в единое целое.

Ионы металла упакованы в плотные кристаллические структуры – металлические кристаллические решётки. В кристаллической решётке натрия, например, каждый атом металла окружён восемью другими. Образуется гигантский металлический кристалл, связанный особым «клеем» – обобществлёнными электронами (рис. 77, 78). Эти обобществлённые электроны и определяют наиболее характерные физические свойства металлов: все металлы твёрдые, за исключением ртути, проводят электрический ток и теплоту, куются, прокатываются, вытягиваются в проволоку, имеют металлический блеск.

Например, если к металлическому стержню присоединить электроды и создать разность потенциалов, то под действием электрического поля электроны начинают направленное движение к положительному полюсу источника тока. Это доказывает, что металлы электропроводны.

При нагревании металлического предмета электроны начинают хаотически двигаться с бо́льшими скоростями. Перемещаясь, они быстро передают тепловую энергию всему объёму металла. Поэтому металлы теплопроводны.

Ещё с одним свойством металлов – пластичностью познакомимся, выполнив несложный опыт.

Все химические связи: ионная, ковалентная (полярная и неполярная), металлическая – имеют сходную физическую природу. Об этом говорит тот факт, что между ними нет резкой границы: ионную связь можно рассматривать как крайний случай ковалентной полярной связи.

Металлы при высоких температурах переходят в жидкое состояние – плавятся, а при дальнейшем повышении температуры испаряются. В парообразном состоянии атомы металлов состоят из отдельных молекул – одно- или двухатомных. В последнем случае их атомы связаны ковалентной связью.