Metallbindningar

[0:01]Nu har du i mina tidigare videogenomgångar fått lära dig hur joner binder till varandra med en typ av elektrostatisk kraft som kallas för jonbindning. I metaller sitter atomerna ihop på ett lite annorlunda sätt och det ska vi ta och gå igenom nu. Det ska alltså handla om metallbindningar och elektronerna i dem. För det är faktiskt just elektronerna som ger metallerna mycket av deras egenskaper. Men vi börjar med att kolla på var i periodiska systemet som vi hittar metallerna. Och det är alltså de här grundämnena som jag ringar in här, typ till vänster och i mitten av det periodiska systemet. I det här periodiska systemet är halvmetallerna röda eller rosa. Att de är halvmetaller innebär att de har några men inte alla metallägenskaper. En av dessa egenskaper är att metaller alltid bildar positiva joner. Men vilka är då metallernas andra egenskaper? Vad kännetecknar en metall? Ja, för det första är det så att metaller glänser, de har metallglans som till exempel de här kromade detaljerna på en motorcykel. Att de glänser beror faktiskt på elektronerna i metallbindningen som gör att ljuset reflekteras från metallens yta. En annan sak som kännetecknar metaller är att de är goda elektriska ledare. En del metaller är visserligen bättre ledare än andra, men i princip är det ändå så. Även ledningsförmågan beror faktiskt på metallbindningen och hur den fungerar. Du känner säkert till att metaller också leder värme bra. Även detta beror på metallbindningen liksom att metaller är smidbara faktiskt. Här kan du också se att trots att järnet i bilden är glödande så är det fortfarande i fast form. Vi kan då dra slutsatsen att smältpunkten för järn är hög och det gäller också för de allra flesta metallerna. För att du nu ska få med dig det här i dina anteckningar så tar vi och skriver upp det också. Vi hittar alltså metallerna i mitten och till vänster i det periodiska systemet. Metallerna bildar positiva joner och uppvisar metallglans, det vill säga de glänser helt enkelt. De leder elektricitet och värme bra och är smidbara. Och så var det det här också att i regel har metaller höga smält- och kokpunkter. Faktiskt är det så att alla de här egenskaperna det har de tack vare metallbindningarna. Hur ser då metallbindningen ut? Ja, då ska vi ta och rita upp ett antal plusladdade atomkärnor i ett stycke metall så här. Runt alla de här atomkärnorna är det nu vad man kallar för ett moln av elektroner. Och lägg märke till att det då är lika många minusladdningar alltså elektroner som det är plusladdningar i atomkärnorna. För så här är det med metall att atomernas elektronmoln går in i varandra. Elektronerna här hör då inte till en enda specifik atom utan atomerna delar elektroner med varandra. Man kan säga att det är som att elektronerna byter plats med varandra och är en hos den ena, en hos den andra atomen. Hela metallstycket kan då betraktas som en kristall av positiva joner i ett enda stort, gemensamt elektronmoln. Det är det här gemensamma elektronmolnet som gör att ljus inte tas upp särskilt bra av metallen utan istället reflekteras och ger metallen dess glans. Och att metallen leder värme så bra, det är för att atomerna hamnar så pass nära varann när de sitter ihop med metallbindning. Värme det är egentligen bara ett mått på atomernas rörelseenergi. Så om en atom här nere till vänster blir varm och börjar röra på sig, ja då knuffar den strax på atomerna här intill som också blir varmare och börjar knuffa på sina grannar. Så på det sättet leds värme snabbt genom metallen. Att metallatomerna delar på ett antal elektroner så här tillsammans, det innebär att elektronerna blir delokaliserade. Att de är delokaliserade betyder just det som jag pratat om innan, att de hör så att säga inte till en enda atom utan de är utspridda, delokaliserade, på flera atomer och bindningar. Nu ska vi ta och kolla på vad det är som gör att metaller kan leda en elektrisk ström. I en sladd förflyttas elektroner, det är det som är själva strömmen det och det är tack vare elektronmolnet som det kan ske. Nu blir det först lite animeringar här så vänta lite med att skriva av det som kommer nu. När en metall leder ström så är det på det här sättet att en elektron kommer in i ena änden av metallbiten. Nu får vi ett överskott på minusladdningar i metallen och det leder till att nästan omedelbart sparkas en annan elektron ut ur metallen på andra sidan så här. Så tack vare de delokaliserade elektronerna i det gemensamma elektronmolnet så kan metallen ta upp och skicka vidare elektroner i en elektrisk ström. Och nu är den här bilden klar så att du kan rita av den. Hur är det då med det här att metaller är smidbara? Hur funkar det? Ja, om du kommer ihåg från min videogenomgång om jonföreningar så är jonföreningar allt annat än smidbara, de är istället spröda. Men metaller är smidbara och det beror, du gissar det nog, just på elektronmolnet med delokaliserade elektroner. Återigen blir det lite animeringar här så bara jag ritar upp ett stycke metall här igen med positivt laddade atomkärnor och så ett gemensamt elektronmoln här också. Om det nu är så att jag lägger på ett tryck här nerifrån så kommer inte metallen att spricka. Istället gör det gemensamma elektronmolnet att atomkärnorna kan glida intill varandra men ändå hållas bundna till varandra av det gemensamma elektronmolnet. Och nu är även den här bilden klar att ritas av. Nu närmar vi oss slutet på den här videogenomgången och då ska jag prata lite mer om delokaliserade elektroner. Det är nämligen så här att ju fler delokaliserade elektroner, desto lägre energi har elektronerna i metallen, desto starkare är bindningen. Desto stabilare är metallen. Hur ska man förklara det att delokaliserade elektroner gör metallen stabil? Jo, men man kan tänka sig så här att om alla elektronerna är lokaliserade till samma ställe då blir det väldigt instabilt. Ungefär som att man försöker stapla en massa golfbollar på varann. Det går men det är ruskigt instabilt. Om man istället sprider ut elektronerna eller golfbollarna det vill säga de är delokaliserade så är det mycket mer stabilt, helt enkelt för att de inte är samlade på samma ställe. Delokaliserade elektroner är alltså utspridda vilket gör metallen mer stabil. De här delokaliserade elektronerna gör metallbindningen till en stark bindning. Vi skriver igen att delokaliserade elektroner är stabilt. Den starka bindningen gör att metaller får höga smält- och kokpunkter. Se till exempel på järn som har en smältpunkt på 1538 °C eller volfram som man måste sparka upp till 3422 °C för att det ska smälta. Volfram har troligen sex delokaliserade elektroner vilket gör att det har så väldigt hög smältpunkt och det är också anledningen till att det brukade användas som glödtråd i äldre typer av glödlampor. Fast i moderna lampor är det inte längre någon glödtråd vilket gör att de är mycket mer energisnåla.