Vraag:
Waardoor smelten sommige metalen bij hogere temperaturen?
F'x
2012-04-28 19:23:08 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik kijk naar de smelttemperatuur van metalen elementen en merk op dat de metalen met een hoge smelttemperatuur allemaal zijn gegroepeerd in een linkerbenedenhoek van de $ \ mathrm {d } $ -blok. Als ik bijvoorbeeld het periodiek systeem neem met fysieke toestand aangegeven bij $ \ pu {2165 K} $ :

enter image description here

Ik zie dat (afgezien van boor en koolstof) de enige elementen die nog steeds vast zijn bij die temperatuur een vrij goed gedefinieerd blok vormen rond wolfraam (dat smelt bij $ \ pu {3695 K } $ ). Dus waarom smelten deze groep metalen bij zo'n hoge temperatuur?

Kijk naar koolstof en boor en denk nog eens na.
@Georg sorry, maar ik vind uw commentaar niet erg nuttig… zou u wat explicieter kunnen zijn? Ik weet van koolstof en boor, en ik vraag naar metalen ...
@F'x, Ik vind uw vraag echt leuk. Het is moeilijk! Georg, ik ben ook niet helemaal zeker van je richting, maar de zeer nauwe covalente binding van boor en koolstof verschilt zo van de metalen binding die typisch is voor alle metalen dat ik er vrij zeker van ben dat het belangrijkste inzicht in deze ergens anders ligt. Ik zou ook opmerken dat atoomdichtheid (niet helemaal hetzelfde als massadichtheid) waarschijnlijk een belangrijke rol speelt, aangezien het eiland van metalen dat je hebt aangegeven (denk ik) enkele van de meest atomen-per-cc dichte metalen bevat. Laat dat erg coole hulpmiddel dat je gebruikt (?) Dat toevallig ook zien?
@TerryBollinger is er een flash-tool http://www.rsc.org/periodic-table
Een zuivere metaalbinding maakt vrij zachte en vervormbare dingen zoals natrium of koper. De metalen in dat centrale gebied (wolfraam en co) hebben enkele gelokaliseerde bindingen gemengd met metaalbinding! Denk aan de W-Type-structuur! Een echt metaal zou de dichtste verpakking moeten hebben, niets anders.
Twee antwoorden:
#1
+31
Hauser
2012-05-11 04:21:35 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Sommige factoren werden gesuggereerd, maar laat ik ze in volgorde van belangrijkheid plaatsen en er nog wat noemen:

  • metalen hebben over het algemeen een hoog smeltpunt, omdat metallisch interatomair binding door gedelokaliseerde elektronen ( $ \ ce {Li} $ met slechts een paar elektronen voor deze "elektronenzee") tussen kernatomen is behoorlijk effectief in die pure element-vaste stoffen in vergelijking met alternatieve bindingstypen (ionische $ \ pu {6-20 eV / atom} $ bindingsenergie, covalent 1-7, metallic 1-5, van -der-Waals veel lager). Ook hebben ionische roosters zoals $ \ ce {NaCl} $ een hogere rooster- en bindingsenergie, ze hebben een zwakke interatomaire langeafstandsbinding, in tegenstelling tot de meeste metalen. Ze breken uit elkaar of zijn gemakkelijk oplosbaar, metalen zijn kneedbaar maar breken niet, de elektronenzee is de reden voor hun lasvermogen.

  • de kristalstructuur en de massa spelen een mindere rol tussen je gefilterde elementen (zoek gewoon de kristalstructuur van die elementen op), aangezien metallische binding niet directioneel is, in tegenstelling tot covalente binding (orbitale symmetrie). Metalen hebben vaak halfgevulde $ \ mathrm {s} $ en $ \ mathrm {p} $ banden ( sterker gedelokaliseerd dan $ \ mathrm {d} $ en $ \ mathrm {f} $ ) bij de Fermi -edge (wat betekent hoge geleidbaarheid) en daarom veel gedelokaliseerde elektronen die naar onbezette energietoestanden kunnen gaan, wat de grootste elektronenzee oplevert met halve of minder vulbanden.

  • edelmetalen zoals $ \ ce {Au, Ag} $ hebben een volledige $ \ mathrm {d } $ orbitaal, daarom lage reactiviteit / elektronegativiteit en worden vaak gebruikt als contactmaterialen (hoge geleidbaarheid vanwege "zeer vloeibare" elektronenzee die alleen bestaat uit $ \ mathrm {s} $ -orbitale elektronen. In tegenstelling tot wolfraam met de helft of minder bezet $ \ mathrm {d} $ -orbitalen, vertonen ze geen interatomaire $ \ mathrm {dd} $ binding door gedelokaliseerde $ \ mathrm {d} $ -elektronen, en nog belangrijker, een halve gevuld $ \ mathrm {d} $ -orbital 5 elektronen bijdraagt ​​aan de energieband, terwijl een $ \ mathrm {s} $ slechts 1, $ \ mathrm {p} $ slechts 3, de elektronenzee is groter onder de $ \ mathrm {d} $ -groep.

  • De "verpakking" van kernatomen in het rooster (interatomaire afstand) onder de hoge $ Z $ atomen (vergeleken met bijv. $ \ ce {Li} $ ) is dichter (meer protonen, sterkere aantrekkingskracht van schilelektronen, kleiner interatomaire straal), betekent een sterkere interatomaire binding uitgezonden door de elektronenzee:

enter image description here

Je kunt hier zien dat in elke reeks ( $ \ ce {Li, \ Na, \ K} $ ) de smeltpunten stijgen tot een maximum en nemen vervolgens af met een toenemend atoomnummer (zonder onbezette energietoestanden voor gedelokaliseerde $ \ mathrm {d} $ -elektronen), waarbij grotere elektronenzee hier een sterkere factor is dan een iets compactere verpakking.

  • Borium als halfmetaal vertoont een metallische en covalente binding, koolstof sterke directionele covalente binding en is in staat om een ​​netwerk van bindingen op te bouwen in tegenstelling tot andere niet-metalen elementen die covalente intramoleculaire binding vertonen, bijv. , in twee atomen moleculen maar geen sterke intermoleculaire binding in macromoleculen vanwege het ontbreken van ongepaarde elektronen.

Er zijn dus enkele grotere trends voor smeltpunten die de hoge smeltpunten van $ \ mathrm {d} $ -metals, maar ook enkele kleine uitzonderingen op de regel, zoals $ \ ce {Mn} $ .

In feite is "toont metallische en covalente binding" een nogal onnauwkeurige beschrijving van zeer niet-triviale binding in elementair boor.
#2
+6
Kevin
2012-04-29 00:06:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik denk dat hier twee eigenschappen spelen: atoomsnelheid en stabiliteit van de roosterstructuur.

Bedenk dat temperatuur een maat is voor de gemiddelde kinetische energie van de moleculen, dus $ v \ propto \ sqrt {\ frac {T} {m}} $, of om dezelfde snelheid te bereiken, $ T \ propto m $. Dus bij dezelfde temperatuur zullen twee zwaardere atomen langzamer langs elkaar bewegen dan twee lichtere moleculen, waardoor ze meer tijd hebben voor interactie.

Bedenk nu dat in een vaste stof, moleculen in een rooster worden vastgehouden door intermoleculaire krachten, en in een vloeistof hebben atomen voldoende energie zodat de krachten tussen hen niet langer sterk genoeg zijn om de atomen in een rooster te houden . Dus hoe meer stabiliteit de atomen van een stof krijgen doordat ze zich in hun vaste, kristallijne opstelling bevinden, hoe hoger het smeltpunt zal zijn. Waarom zouden de metalen in dat gebied meer stabiliteit krijgen in hun vaste vorm? Ik ben er vrij zeker van dat het antwoord te maken heeft met de volledigheid van orbitalen en halve orbitalen. Ik ben niet zeker van de bijzonderheden van de gedelokaliseerde elektronenwolk in metalen, maar ik denk dat het waarschijnlijk is dat deze metalen op de een of andere manier hun onvolledige orbitalen kunnen vullen of leegmaken.

Ja, ze zijn zwaar, maar dat is maar de helft van het verhaal, toch? Omdat het niet alle zware atomen zijn (kwik is zwaar, en het is een vloeistof bij omgevingsomstandigheden ...)
Het gewicht van atomen speelt weinig of geen rol bij overgangen van vast naar vloeibaar. Alleen energie is belangrijk als het gaat om het verbreken van bindingen en temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie, niet voor snelheid.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...