化学基礎

金属結合について

投稿日:7月 12, 2020 更新日:

今回は金属結合について解説します。

・金属結合とは?

 金属の原子は価電子を放出しやすい性質です。よって金属の原子が集まった金属の単体では価電子は各原子にとどまることなく金属全体を自由に移動でき、このような電子を自由電子と呼びます。自由電子による金属原子間の結合を金属結合といいます。金属結合による結晶を金属結晶といいます。

常温では水銀を除いて金属の単体は固体だにゃ。

・金属の性質について?

 金属の固体はおもに銀白色の金属光沢があり熱伝導性や電気伝導性が大きいです。これは自由電子による影響が大きいです。また延性(線上に引き延ばすことができる性質)展性(薄く広げて箔にする事ができる性質)といった特徴もあります。このように金属の変形ができるのは原子の配列が変形して変わっても自由電子によって原子同士の結合が保たれるからになります。

金属は様々な所で使われているにゃ。例えば携帯電話や電線、車などにゃ。これは金属の特徴的な性質があるからだぞ。

・金属結晶の構造について?

 金属結晶では金属の原子が規則正しく立体的に並んだ配置(結晶格子)をとります。体心立方格子、面心立方格子、六方最密構造があります。まず体心立方格子から説明します。体心立方格子は各原子から見て一番近い所にある原子の数(配位子)は8です。単位格子中に含まれる原子の占める体積の割合(充填率)は68%です。次に面心立方格子および六方最密構造について説明します。同じ大きさの球を最も密に詰め込んだ構造を最密構造と呼びます。最密構造には層の重なり方によって面心立方格子と六方最密構造があり、どちらも配位数は12で、充填率は74%になります。

・充填率の計算とは?(応用)

ここから少し難しい充填率の計算をおこなっていくにゃ。一つずつしっかり考えていこう。まずは体心立方格子からにゃ。

体心立方格子の場合は面の切り口で考えることが大事だにゃ。よって辺ACの長さは辺BCと辺ABがLなので三平方の定理の決まりである1:1:√2より√2Lになるぞ。化学でも数学の考え方が大事だにゃ。次は面心立方格子の充填率を計算するにゃ。

・まとめ

  • 金属結合 自由電子による金属の原子間の結合。
  • 金属の特性 金属光沢があり熱と電気を良く通し、延性や展性といった性質がある。
  • 金属結晶の構造 体心立方格子、面心立方格子、六方最密構造がある。

・演習問題

 次の文の()にあてはまる語句を答えよ。

 金属原子が集合すると、各原子から放出された価電子は金属内を自由に動きまわることが知られている。このような電子を一般的に(1)とよび、(1)が仲介して金属原子同士が結びつく結合を(2)といいます。この(1)のはたらきにより、金属は電気や(3)を良く通す。また金属はその表面で光を反射し(4)という輝きをもつ。他の特性として金属をたたくと箔状に広がる(5)や、引っ張ると線上に延びる(6)という性質もあります。

金属には様々な特性がある。これはしっかり復習しておこう。

解答(1)自由電子(2)金属結合(3)熱(4)金属光沢(5)展性(6)延性

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