خواص الرابطة الفلزية

كتابة دينا محمود آخر تحديث: 30 أكتوبر 2020 , 13:07

الرابطة الفلزيه تتشابه مع الرابطة الايونية في انها

تتشابه الرابطتين في أن كل منهم يقوموا بتكوين مركبات كيميائية ثابتة ، ويتشكلان عن طريق تفاعلات حرارية ، في الحالتين ادخل الروابط  لربط المركب الكيميائي ، في نهاية كل تفاعل ينتج مركب معتدل كهربائياً.

ماهي العناصر التي تكون روابط فلزية 

الرابطة الفلزية مصطلح يستخدم لوصف المشاركة الجماعية لبحر من إلكترونات التكافؤ بين عدة أيونات معدنية موجبة الشحنة ، الترابط الفلزي هو نوع من الترابط الكيميائي وهو مسؤول عن العديد من الخصائص المميزة للمعادن وبالتالي فإن العناصر التي تكون روابط فلزية هي العناصر الفلزية مثل الصوديوم والبوتاسيوم والغاليوم والحديد والكوبالت والكالسيوم والمغنيسيوم والفضة والذهب والباريوم والبلاتين والكروم والنحاس والزنك والليثيوم والفرانسيوم.

ماهي العناصر التي لا تكون روابط فلزية

لا يمكن أن تقوم روابط فلزية بين العناصر لا فلزية مثل:

  • هيدروجين (H)
  • كربون (C)
  • نيتروجين (N)
  • أكسجين (O)
  • فلور (F)
  • فسفور (P)
  • كبريت (S)
  • كلور (Cl)
  • سيلينيوم (Se)
  • بروم (Br)
  • يود (I)
  • أستاتين (At)
عناصر الفلزات في الجدول الدوري

كيف تعمل الروابط الفلزية

تتداخل مستويات الطاقة الخارجية لذرات المعدن ( المدارات s و p ) ، واحد على الأقل من إلكترونات التكافؤ المشاركة في رابطة الفلزية لا يتم مشاركتها مع ذرة مجاورة ، ولا يتم فقدها لتكوين أيون ، بدلاً من ذلك تشكل الإلكترونات ما يمكن تسميته ببحر الإلكترون حيث تكون إلكترونات التكافؤ حرة في الانتقال من ذرة إلى أخرى.

نموذج البحر الإلكتروني هو تبسيط مفرط للربط المعدني ، والحسابات المستندة إلى بنية النطاق الإلكتروني أو وظائف الكثافة أكثر دقة ، قد يُنظر إلى الترابط الفلزي على أنه نتيجة لمادة بها العديد من حالات الطاقة غير الموضعية أكثر مما تحتوي على إلكترونات غير متمركزة أي نقص الإلكترون ، لذلك قد تصبح الإلكترونات غير المزدوجة الموضعية غير محددة ومتحركة ، ويمكن للإلكترونات أن تغير حالات الطاقة وتتحرك عبر شبكة في أي اتجاه.[2]

الخصائص المنسوبة للروابط الفلزية 

تضفي الروابط الفلزية العديد من الخصائص الهامة على المعادن مما يجعلها مرغوبة تجارياً ، ومن ضمنها:

التوصيل الكهربائي

الموصلية الكهربائية هي مقياس لقدرة مادة ما على السماح للشحنة بالمرور خلالها ، نظرًا لعدم تقييد حركة الإلكترونات في بحر الإلكترون ، فإن أي تيار كهربائي يمر عبر المعدن يمر عبره.

عندما يتم إدخال فرق جهد على المعدن ، تبدأ الإلكترونات غير الموضعية في التحرك نحو الشحنة الموجبة ، هذا هو السبب في أن المعادن بشكل عام مواصلات جيدة للتيار الكهربائي.

التوصيل الحراري

والتوصيل الحراري من مادة هو مقياس لقدرته على حرارة ، وعندما يتم تسخين أحد طرفي مادة معدنية ، تزداد الطاقة الحركية للإلكترونات في تلك المنطقة ، وتنقل هذه الإلكترونات طاقاتها الحركية إلى إلكترونات أخرى في البحر عن طريق الاصطدامات.

كلما زادت حركة الإلكترونات ، زادت سرعة نقل الطاقة الحركية ، بسبب الروابط المعدنية ، تكون الإلكترونات غير الموضعية شديدة الحركة ، وتنقل الحرارة عبر المادة المعدنية عن طريق الاصطدام بالإلكترونات الأخرى.

الليونة

عندما يتم ضرب بلورة أيونية مثل بلورة كلوريد الصوديوم بمطرقة ، فإنها تنقسم إلى العديد من القطع الأصغر ، وذلك لأن الذرات الموجودة في البلورات متماسكة معًا في شبكة صلبة لا يمكن تشويهها بسهولة ، يؤدي إدخال قوة من المطرقة إلى تكسر الهيكل البلوري ، مما يؤدي إلى تحطم البلورة.

في حالة المعادن ، فإن بحر الإلكترونات في الرابطة الفلزية يسمح بتشويه الشبكة ، لذلك عندما يتم ضرب المعادن بمطرقة ، فإن الشبكة الصلبة تتشوه ولا تتكسر ، وهذا هو السبب في أنه يمكن التغلب على المعادن وتحويلها إلى صفائح رقيقة ،  نظرًا لأن هذه المشابك لا تتكسر بسهولة ، يُقال إن المعادن شديدة المرونة.

البريق المعدني

عندما يسقط الضوء على سطح معدني ، يتم امتصاص طاقة الفوتون بواسطة بحر الإلكترونات التي تشكل الرابطة الفلزية ، يثير امتصاص الطاقة الإلكترونات ، مما يزيد من مستويات طاقتها ، تعود هذه الإلكترونات المثارة بسرعة إلى حالتها الأرضية ، وتنبعث منها الضوء في هذه العملية ، ينسب هذا الانبعاث للضوء بسبب إزالة إثارة الإلكترونات بريقًا معدنيًا لامعًا إلى المعدن.

نقاط انصهار وغليان عالية

نتيجة الترابط الفلزي القوي ، تكون قوة الجذب بين ذرات المعدن قوية جدًا ، للتغلب على قوة الجذب هذه ، يلزم قدر كبير من الطاقة هذا هو السبب في أن المعادن تميل إلى الحصول على نقاط انصهار وغليان عالية ، تشمل الاستثناءات من ذلك الزنك والكادميوم والزئبق.

يمكن أن تحتفظ الرابطة الفلزية بقوتها حتى عندما يكون المعدن في حالة ذوبانه على سبيل المثال ، يذوب الغاليوم عند 29.76 درجة مئوية ولكنه يغلي فقط عند 2400 درجة مئوية لذلك ، فإن الغاليوم المصهور هو سائل غير متطاير.

الرابطة الفلزية أمثلة 

الترابط المعدني في الصوديوم

في التكوين الإلكترون من الصوديوم  يحتوي على إلكترون واحد في غلاف التكافؤ ، في الحالة الصلبة ، يتميز الصوديوم المعدني بمجموعة من أيونات الصوديوم + المحاطة ببحر من الإلكترونات الثلاثية ، ومع ذلك سيكون من الخطأ التفكير في الصوديوم المعدني على أنه أيون لأن بحر الإلكترونات مشترك بين جميع كاتيونات الصوديوم ، مما يؤدي إلى إخماد الشحنة الموجبة.

يمكن تفسير نعومة الصوديوم وانخفاض نقطة انصهاره من خلال العدد المنخفض نسبيًا من الإلكترونات في بحر الإلكترون والشحنة الصغيرة نسبيًا على كاتيون الصوديوم ، على سبيل المثال ، يتكون المغنسيوم المعدني من مجموعة من أيونات Mg 2+  ، ويحتوي بحر الإلكترون هنا على ضعف عدد الإلكترونات عن مثيله الموجود في الصوديوم حيث يتم نقل إلكترونين من 3 ثوانٍ ، نظرًا لحجم الشحنة الأكبر وكثافة الإلكترون الأكبر في البحر ، فإن درجة انصهار المغنيسيوم (~ 650 درجة مئوية) أعلى بكثير من الصوديوم.[1]

العوامل التي تؤثر على قوة الروابط الفلزية

  • عدد الإلكترونات غير المحددة من المعدن ، كلما زاد عدد الإلكترونات غير المحددة ، زادت قوة الرابطة
  • الشحنة التي يحملها الكاتيون المعدني ، وكلما زاد حجم الشحنة ، زادت قوة الجذب بين بحر الإلكترون والكاتيونات
  • حجم الكاتيون كلما كان نصف القطر الأيوني أصغر ، زادت الشحنة النووية المؤثرة على بحر الإلكترون

وبالتالي ، يمكن دراسة التكوين الإلكتروني للعنصر للتنبؤ بقوة الرابطة المعدنية فيه.

ما مدى قوة الروابط الفلزية

نظرًا لأن قوة الرابطة تعتمد على الذرات المشاركة فيها ، فمن الصعب تصنيف أنواع الروابط الكيميائية ، وعند المقارنة بين الرابطة الايونية والتساهمية والفلزية نجد أنهم روابط كيميائية قوية ، حتى في المعدن المنصهر ، يمكن أن يكون الترابط قويًا ، على سبيل المثال الغاليوم ، غير متطاير وله نقطة غليان عالية على الرغم من أنه يحتوي على نقطة انصهار منخفضة ، إذا كانت الظروف مناسبة ، فإن الترابط المعدني لا يتطلب حتى شبكة وقد لوحظ هذا في الزجاج ، التي لها هيكل غير متبلور.[2]

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق