En metallisk binding er en type kemisk binding dannet mellem positivt ladede atomer, hvor de frie elektroner deles mellem et gitter af kationer. I modsætning, kovalent og ioniske bindinger form mellem to adskilte atomer. Metallisk binding er den vigtigste type kemisk binding, der dannes mellem metalatomer.
Metalliske bindinger ses rent metaller og legeringer og nogle metalloider. For eksempel udviser grafen (en allotrop af kulstof) todimensionel metallisk binding. Metaller, selv rene, kan danne andre typer kemiske bindinger mellem deres atomer. For eksempel den kviksølvige ion (Hg22+kan danne kovalente metal-metalbindinger. Ren gallium danner kovalente bindinger mellem par af atomer, der er forbundet med metalliske bindinger til omgivende par.
Sådan fungerer metalliske obligationer
De ydre energiniveauer af metalatomer ( s og p orbitaler) overlapper hinanden. I det mindste en af de valenselektroner, der deltager i en metallisk binding, deles ikke med et naboatom, og det er heller ikke tabt at danne en ion. I stedet danner elektronerne, hvad der kan kaldes et "elektronhav", hvor valenselektroner frit kan bevæge sig fra et atom til et andet.
Elektronhavsmodellen er en forenkling af metallisk limning. Beregninger baseret på elektronisk båndstruktur eller densitetsfunktioner er mere nøjagtige. Metallisk binding kan ses som en konsekvens af et materiale, der har mange flere delokaliserede energitilstande end det har delokaliserede elektroner (elektronmangel), så lokaliserede uparrede elektroner kan blive delokaliserede og mobil. Elektronerne kan ændre energitilstander og bevæge sig gennem et gitter i enhver retning.
Limning kan også have form af metallisk klyngedannelse, hvor delokaliserede elektroner strømmer rundt om lokaliserede kerner. Bond dannelse afhænger meget af forholdene. F.eks. Er brint et metal under højt tryk. Når trykket reduceres, ændres bindingen fra metallisk til ikke-polær kovalent.
Forhold af metalliske obligationer til metalliske egenskaber
Da elektroner er delokaliseret omkring positivt ladede kerner, forklarer metalbinding mange egenskaber ved metaller.
Elektrisk ledningsevne: De fleste metaller er fremragende elektriske ledere, fordi elektronerne i elektronhavet frit kan bevæge sig og bære ladning. Ledende ikke-metaller (såsom grafit), smeltede ioniske forbindelser og vandige ioniske forbindelser leder elektricitet af samme grund - elektroner kan frit bevæge sig rundt.
Varmeledningsevne: Metaller leder varme, fordi de frie elektroner er i stand til at overføre energi væk fra varmekilden, og også fordi vibrationer af atomer (fononer) bevæger sig gennem et fast metal som en bølge.
duktilitet: Metaller har tendens til at være duktile eller kunne trækkes ind i tynde ledninger, fordi lokale bindinger mellem atomer let kan brydes og også reformeres. Enkeltatomer eller hele ark af dem kan glide forbi hinanden og reformere obligationer.
formbarhed: Metaller er ofte formbare eller i stand til at blive støbt eller banket til en form, igen fordi bindinger mellem atomer let bryder og reformeres. Bindekraften mellem metaller er ikke-retningsbestemt, så at trække eller forme et metal er mindre tilbøjelige til at sprænge det. Elektroner i en krystal kan erstattes af andre. Fordi elektronerne frit kan bevæge sig væk fra hinanden, tvinger arbejdet med et metal ikke lignende ladede ioner, hvilket kan sprække en krystal gennem den stærke frastødelse.
Metallisk glans: Metaller har en tendens til at være skinnende eller vise metallisk glans. De er uigennemsigtige, når der opnås en bestemt minimumstykkelse. Elektronhavet reflekterer fotoner fra den glatte overflade. Der er en øvre frekvensgrænse for lyset, der kan reflekteres.
Den stærke tiltrækning mellem atomer i metalliske bindinger gør metaller stærke og giver dem høj densitet, højt smeltepunkt, højt kogepunkt og lav flygtighed. Der er undtagelser. For eksempel er kviksølv en væske under almindelige betingelser og har et højt damptryk. Faktisk er alle metaller i zinkgruppen (Zn, Cd og Hg) relativt flygtige.
Hvor stærke er metalliske obligationer?
Da styrken af en binding afhænger af dens deltagende atomer, er det vanskeligt at rangordne typer af kemiske bindinger. Kovalente, ioniske og metalliske bindinger kan alle være stærke kemiske bindinger. Selv i smeltet metal kan limningen være stærk. Gallium er for eksempel ikke-flygtigt og har et højt kogepunkt, selvom det har et lavt smeltepunkt. Hvis betingelserne er rigtige, kræver metallisk limning ikke engang et gitter. Dette er observeret i briller, der har en amorf struktur.