§ 37. Металлическая химическая связь

У многих металлов внешние электроны сравнительно слабо удерживаются отдельными атомами. В металлическом кристалле они становятся общими для множества частиц, а не принадлежат только одной паре атомов. Положительные ионные остовы располагаются упорядоченно и взаимодействуют с этой электронной системой. Такое коллективное взаимодействие называют металлической связью. Наглядная модель «электронного газа» помогает понять принцип, но не означает наличие обычного газа внутри твёрдого слитка.

В отличие от ковалентной связи в небольшой молекуле, здесь обобществлённые электроны распространяются по большому числу атомов. В отличие от ионного кристалла, между положительными частицами находятся не неподвижные отрицательные ионы второго элемента, а подвижные электроны. Эти различия объясняют, почему металлический предмет может проводить ток уже в твёрдом состоянии. При этом внешне нейтральный образец не приобретает общий положительный заряд: заряды всех его составляющих уравновешены.

Под действием электрического поля к хаотическому движению электронов добавляется направленное движение, и возникает электрический ток. Электроны также участвуют в быстром переносе энергии, что помогает объяснить теплопроводность металлов. Но количественные значения проводимости у разных металлов неодинаковы. Поэтому для проводов, нагревателей и конструкций выбирают разные материалы, учитывая не только наличие металлической связи, но и конкретные свойства, прочность, стоимость и условия использования.

Пластичность связана с возможностью смещения слоёв частиц без немедленного разрушения связи во всём кристалле: обобществлённые электроны продолжают удерживать систему. Поэтому многие металлы можно ковать, прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. Металлический блеск связан с взаимодействием света с электронами. При пересказе каждое свойство полезно объяснять строением, не объявляя все металлы одинаковыми: их твёрдость, температуры плавления и способность к деформации заметно различаются.