Fémes kötés egyfajta kémiai kötés olyan pozitív töltésű atomok között képződnek, amelyekben a szabad elektronok megoszlanak a rács között kationok. Ellentétben, kovalens és ionos kötések két különálló atom között képződnek. A fémes kötés a fő kémiai kötés típusa, amely a fématomok között képződik.
A fémkötések tisztán láthatók fémek ötvözetek és néhány metalloid. Például a grafén (egy szén allotrop típusa) kétdimenziós fémkötést mutat. A fémek, akár tiszta fémek is, más típusú kémiai kötéseket képezhetnek atomjai között. Például a higanyos ion (Hg22+) fém-fém kovalens kötéseket képezhetnek. A tiszta gallium kovalens kötéseket képez az atompárok között, amelyeket fémes kötések kötik össze a környező párokkal.
Hogyan működnek a fémes kötések?
A fématomok külső energiaszintjei ( s és p pályák) átfedések. A fémkötésben részt vevő valenciaelektronok közül legalább az egyik nem oszlik meg a szomszédos atommal, és nem veszíti el ion képződését. Ehelyett az elektronok képezik az úgynevezett "elektron tengert", amelyben a vegyérték elektronok szabadon mozoghatnak egyik atomról a másikra.
Az elektron tengeri modell a fémes kötés túlzott egyszerűsítése. Az elektronikus sávszerkezeten vagy sűrűségfüggvényeken alapuló számítások pontosabbak. A fémes kötés úgy tekinthető, hogy egy anyag sokkal több delokalizált energiaállapotú, mint az delokalizált elektronokkal rendelkezik (elektronhiány), így a lokalizációban nem létező elektronok delokalizálódhatnak és Mobil. Az elektronok megváltoztathatják az energiaállapotokat, és bármilyen irányban mozoghatnak a rácson keresztül.
A ragasztás fém klaszterképződés formájában is történhet, amelyben a delokalizált elektronok áramlanak a lokalizált magok körül. A kötvényképződés nagymértékben függ a körülményektől. Például a hidrogén nagynyomású fém. A nyomás csökkenésével a kötés fémes és nem poláris kovalensré változik.
A fémkötések összekapcsolása a fémes tulajdonságokkal
Mivel az elektronok a pozitív töltésű magok körül delokalizálódnak, a fémkötés magyarázza a fémek sok tulajdonságát.
Elektromos vezetőképesség: A fémek többsége kiváló elektromos vezető, mivel az elektron tengeren lévő elektronok szabadon mozoghatnak és töltést hordozhatnak. A vezetőképes nemfémek (például grafit), az olvadt ionos vegyületek és a vizes ionos vegyületek ugyanezen okból vezetnek áramot - az elektronok szabadon mozoghatnak.
Hővezető: A fémek azért vezetnek hőt, mert a szabad elektronok képesek energiát továbbvinni a hőforrástól, valamint azért, mert az atomok (fononok) rezgései hullámként mozognak egy szilárd fémön.
Hajlékonyság: A fémek hajlamosak rugalmassá válni vagy vékony huzalokba húzhatók, mivel az atomok közötti helyi kötések könnyen megbonthatók és megjavíthatók. Egyetlen atomok vagy azok teljes lapjai elcsúszhatnak egymástól és megváltozhatnak a kötések.
hajlíthatóság: A fémek gyakran megönthetők, vagy formázhatók, vagy alakba önthetők, ismét azért, mert az atomok közötti kötések könnyen megszakadnak és megreformálódnak. A fémek közötti kötési erő nem egyirányú, így egy fém húzása vagy formázása kevésbé valószínű, hogy megtöri. A kristályban lévő elektronok helyettesíthetők másokkal. Továbbá, mivel az elektronok szabadon mozoghatnak egymástól, a fém megmunkálása nem erőlteti a hasonló töltésű ionokat, amelyek az erős visszatükrözés során törhetik a kristályokat.
Fémes csillogás: A fémek általában fényesek vagy fémes fényűek. Ha bizonyos minimális vastagságot elérnek, akkor átlátszatlanok. Az elektron-tenger a fotonokat visszaverődik a sima felületről. A visszatükröződő fénynek van egy felső frekvencia korlátja.
A fémes kötésekben az atomok közötti erős vonzerő erőssé teszi a fémeket, és nagy sűrűséget, magas olvadáspontot, magas forráspontot és alacsony illékonyságot eredményez. Vannak kivételek. Például a higany rendes körülmények között folyadék, magas gőznyomással rendelkezik. Valójában a cinkcsoport összes féme (Zn, Cd és Hg) viszonylag illékony.
Mennyire erős a fémkötés?
Mivel a kötés erőssége a résztvevő atomjaitól függ, nehéz a kémiai kötések típusait rangsorolni. A kovalens, ionos és fém kötés mind erős kémiai kötés lehet. Még az olvadt fém esetében is a kötés erős lehet. Például a gallium nem illékony és magas forráspontú, annak ellenére, hogy alacsony olvadáspontú. Ha a feltételek megfelelőek, a fémkötéshez még rács sem szükséges. Ezt megfigyelték az amorf szerkezetű szemüvegekben.