Металлическая связь

Металлическая связь – это химическая связь в металлах. Обычно металлы представляют собой твердые вещества с кристаллической структурой.

Валентные электроны металлов достаточно слабо связаны со своими ядрами и могут легко отрываться от них. Поэтому металл содержит ряд положительных ионов, расположенных в определенных положениях кристаллической решетки, и большое количество электронов, свободно перемещающихся по всему кристаллу. Электроны в кристалле образуют, так называемый, «электронный газ» и осуществляют связь между ионами металла.

В металлах небольшое количество электронов связывает большое число атомов и ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки. Возможность свободного перемещения части электронов по всему объему металлического кристалла объясняет основные свойства металлов – металлический блеск, теплопроводность и электропроводность. Металлы являются электронодефицитными структурами с делокализованными связями, которые можно рассматривать с позиций теории молекулярных орбиталей. ТМО в применении к кристаллу представляет собой зонную теорию кристаллов.

В кристалле из N атомов каждое атомное состояние расщепляется на N молекулярных состояний, образующих энергетическую зону. В пределах зоны различия в энергии состояний чрезвычайно малы, поэтому зону можно считать непрерывной. Переход электронов между состояниями одной зоны происходит легко. Зона, занятая валентными электронами, называется валентной зоной. Вакантная зона, расположенная по энергии выше валентной зоны, называется зоной проводимости. Между валентной зоной и зоной проводимости может располагаться запрещенная зона, в которой нет разрешенных уровней. Если ширина запрещенной зоны ΔЕ превышает 3 эВ, кристалл является диэлектриком; если ΔЕ = 0,1 – 3 эВ, кристалл является полупроводником. При отсутствии запрещенной зоны, т.е. при перекрывании валентной зоны и зоны проводимости, кристалл является проводником и обладает металлическими свойствами.