Opredelitev in lastnosti kovinskega lepljenja

Kovinska vez je vrsta kemijske vezi tvorjen med pozitivno nabitimi atomi, v katerih se prosti elektroni delijo med rešetke kationov. V nasprotju, kovalentno in ionske vezi tvorijo med dvema diskretnima atomoma. Kovinsko vezanje je glavna vrsta kemične vezi, ki nastane med kovinskimi atomi.

Kovinske vezi se vidijo v čistih kovine zlitine in nekateri metaloidi. Grafen (alotrop ogljika) ima na primer dvodimenzionalno kovinsko vez. Kovine, tudi čiste, lahko tvorijo druge vrste kemičnih vezi med svojimi atomi. Na primer živosrečni ion (Hg₂²⁺) lahko tvorijo kovalentne vezi kovina-kovina. Čisti galij tvori kovalentne vezi med pari atomov, ki so s kovinskimi vezmi povezane z okoliškimi pari.

Zunanje ravni energije kovinskih atomov ( s in str orbite) se prekrivajo. Vsaj eden od valenčnih elektronov, ki sodeluje v kovinski vezi, ni deljen s sosednjim atomom, prav tako ni izgubljen, da bi tvoril ion. Namesto tega elektroni tvorijo tako imenovano "elektronsko morje", v katerem se valenčni elektroni lahko premikajo od enega atoma do drugega.

Model elektronskega morja je poenostavitev kovinske vezi. Izračuni na podlagi elektronske strukture pasov ali funkcije gostote so bolj natančni. Kovinsko vezanje je mogoče razumeti kot posledico materiala, ki ima veliko več delokaliziranih energijskih stanj od njega ima delokalizirane elektrone (pomanjkanje elektronov), zato lahko lokalizirani parni elektroni postanejo delokalizirani in mobilni. Elektroni lahko spreminjajo energijska stanja in se premikajo po rešetki v katero koli smer.

Vezava je lahko tudi v obliki kovinskega grozda, v katerem delokalizirani elektroni tečejo okoli lokaliziranih jeder. Oblikovanje obveznic je močno odvisno od pogojev. Na primer, vodik je kovina pod visokim pritiskom. Ko se tlak zmanjša, se vez spreminja iz kovinskega v nepolarno kovalentno.

Ker so elektroni delokalizirani okoli pozitivno nabitih jeder, kovinsko vezje razlaga številne lastnosti kovin.

Električna prevodnost: Večina kovin je odličnih električnih prevodnikov, ker se elektroni v morju elektronov prosto gibljejo in nosijo naboj. Vodljivi nemetali (na primer grafit), staljene ionske spojine in vodne ionske spojine vodijo elektriko iz istega razloga - elektroni se lahko prosto gibljejo.

Toplotna prevodnost: Kovine prenašajo toploto, ker prosti elektroni lahko prenašajo energijo stran od vira toplote in tudi zato, ker se vibracije atomov (fononov) gibljejo skozi trdno kovino kot val.

Duktilnost: Kovine so ponavadi duktilne ali jih je mogoče vleči v tanke žice, ker se lokalne vezi med atomi zlahka porušijo in reformirajo. Posamezni atomi ali celotni listi lahko zdrsnejo drug mimo drugega in reformirajo vezi.

Kopnost: Kovine so pogosto kovinske ali jih je mogoče oblikovati ali razbijati v obliko, tudi zato, ker se vezi med atomi zlahka zlomijo in reformirajo. Vezna sila med kovinami je nenamerna, zato je vlečenje ali oblikovanje kovine manj verjetno, da bi jo zlomili. Elektrone v kristalu lahko nadomestijo drugi. Ker se elektroni ne morejo oddaljiti drug od drugega, obdelovanje kovine ne sili skupaj nabitih ionov, ki bi skozi močan odboj lahko zlomili kristal.

Kovinski lesk: Kovine so ponavadi svetleče ali kovinsko svetleče. Ko so dosežene določene minimalne debeline, so neprozorne. Morje elektronov odseva fotone z gladke površine. Obstaja zgornja mejna frekvenca svetlobe, ki se lahko odbija.

Močna privlačnost med atomi v kovinskih vezih naredi kovine močne in jim daje visoko gostoto, visoko tališče, visoko vrelišče in nizko hlapnost. Izjeme so. Na primer, živo srebro je tekočina v običajnih pogojih in ima visok parni tlak. Pravzaprav so vse kovine iz skupine cinka (Zn, Cd in Hg) so relativno hlapne.

Ker je moč vezi odvisna od njegovih atomov, je težko razvrstiti vrste kemičnih vezi. Kovalentne, ionske in kovinske vezi so lahko vse močne kemične vezi. Tudi pri staljeni kovini je vezava lahko močna. Na primer, galij je nehlapen in ima visoko vrelišče, čeprav ima nizko tališče. Če so pogoji pravi, kovinsko lepljenje niti ne zahteva rešetke. To so opazili pri kozarcih, ki imajo amorfno strukturo.