Metalna veza

Metalna veza vrsta je kemijske veze koja se javlja između atoma metala unutar kristalne strukture metala i njihovih legura (homogenih smjesa različitih metala). Atomi metala ne povezuju se u molekule, već su u čvrstome stanju gusto pakirani. Metalnu vezu moguće je definirati pomoću dvije teorije tj. dva modela, koja na određene načine objašnjavaju jedinstvena svojstva metala kao što su sjaj, dobra električna i toplinska provodljivost te mogućnost oblikovanja (savijanja i rastezanja).

Model delokaliziranih elektrona

Pomoću modela delokaliziranih elektrona, opisano je da metalna veza nastaje kada se valentni elektroni odvoje od svojih atoma i postanu zajednički za sve atome metala. Ovi „slobodni“ elektroni formiraju elektronski oblak, koje se slobodno kreće među nastalim pozitivno nabijenim kationima. Ti „slobodni“ elektroni nazivaju se delokalizirani elektroni, a elektrostatska privlačna sila, koja se javlja između delokaliziranih elektrona i kationa, naziva se metalna veza.

Teorija metalnih vrpci

Metalna veza može se još bolje objasniti pomoću teorije elektronskih vrpci.

Atomi u kristalima metala raspoređeni su vrlo gusto, što omogućava njihovima atomskim orbitalama da se preklapaju. Ovim preklapanjem stvaraju se molekulske orbitale koje nisu ograničene na pojedine atome, već se protežu kroz čitav kristal.
Budući da kristali metala sadrže velik broj atoma, dolazi do mnoštva preklapanja istovrsnih orbitala. Rezultat toga je formiranje širokih energetskih zona koje nazivamo elektronske vrpce.
Preklapanjem orbitala iz unutarnjih ljusaka atoma stvara se potpuno ispunjena vrpca. S druge strane, preklapanjem orbitala valentnih elektrona nastaje valentna vrpca, dok se prazne, slobodne orbitale udružuju u vodljivu vrpcu, koja omogućuje kretanje elektrona i odgovorna je za električnu provodljivost metala.

Ovisno o energijskoj vrijednosti valentne i vodljive vrpce, razlikujemo vodiče, poluvodiče i izolatore.
Kod vodiča, valentna i vodljiva vrpca preklapaju se ili su vrlo blizu, zbog čega elektroni lako prelaze iz valentne vrpce u vodljivu vrpcu. Samim tim slobodnim kretanjem elektrona, omogućuje se protok električne struje.
Poluvodiči imaju mali razmak između valentne i vodljive vrpce koji se naziva energijska barijera. Mali razmak između dvije vrpce karakterizira da je promjena energije između te dvije vrpce također mala te da bi se ta energija barijera prešla, potrebno je dovesti malo energije (npr. zagrijavanjem). Dovođenjem energije potiče se prijelaz elektrona iz jedne vrpce u drugu i materijal sada provodi električnu struju.
Izolatori imaju veliku energijsku barijeru između valentne i vodljive vrpce koju nije moguće prijeći. Samim time, elektroni ne mogu prelaziti iz valentne vrpce u vodljivu pa tako ne može prolaziti ni struja.

Svojstva metala zbog metalne veze

1. Električna provodljivost: Slobodni elektroni lako se kreću kroz metal i prenose električnu energiju. Zato su metali, poput bakra i aluminija, odlični vodiči.
2. Toplinska provodljivost: Slobodni elektroni brzo prenose toplinsku energiju kroz metal. Zbog toga se metalni predmeti brzo zagrijavaju i hlade.
3. Metalni sjaj: Delokalizirani elektroni reflektiraju svjetlost, zbog čega metali imaju sjajnu površinu.
4. Savitljivost i rastezljivost: Kristalna rešetka metala omogućava ionima da se međusobno pomiču bez lomljenja veze. Zato se metali mogu savijati (duktilnost) ili rastezati u tanke žice (savitljivost).