Molekulární pevné látky

Kovy

Zbývajícím hlavním typem pevné látky je kov. Kov se vyznačuje leskem, snadností, s jakou jej lze deformovat (nikoli rozbít) úderem kladiva, a vysokou elektrickou a tepelnou vodivostí. Kovy mají také obvykle vyšší hustotu než ostatní typy pevných látek. Výchozím bodem teorií o struktuře kovů je považovat je za složené z kationtů atomů kovu uložených v moři tvořeném odhozenými valenčními elektrony. Pohyblivost těchto elektronů vysvětluje mechanické, optické a elektrické vlastnosti kovů. Kulovité kationty se mohou těsně přiblížit k sobě, a přesto mohou vytvářet lokálně neutrální elektrické sestavy. Důvodem je schopnost elektronů šířit se mezi kationty a neutralizovat jejich náboje bez ohledu na to, jak těsně jsou na sebe nabaleny. Těsnost balení atomů vysvětluje vysoké hustoty kovů.

V kontextu teorií chemické vazby je kov jedna extrémně velká homojaderná molekula. (Alternativní pohled viz krystal.) Pokud si vzorek kovového sodíku představíme jako vzorek sestávající z n atomů sodíku, kde každý atom má orbital 3s pro použití při konstrukci molekulových orbitalů a každý atom dodává jeden elektron do společného fondu, pak z těchto n atomových orbitalů lze zkonstruovat n molekulových orbitalů. Každý orbital má charakteristickou energii a rozsah energií, které n orbitalů pokrývá, je konečný, ať už je hodnota n jakkoli velká. Je-li n velmi velké, vyplývá z toho, že energetická separace mezi sousedními molekulovými orbitaly je velmi malá a blíží se nule, jak se n blíží nekonečnu. Molekulové orbitaly pak tvoří pás energií. Další podobný pás může být vytvořen překrytím orbitalů 3p atomů, ale mezi oběma pásy je značná pásmová mezera – tj. oblast energií, ve které nejsou žádné molekulové orbitaly.

Ačkoli je pás 3s prakticky spojitý, ve skutečnosti se skládá z n diskrétních molekulových orbitalů, z nichž každý může podle Pauliho vylučovacího principu obsahovat dva párové elektrony. Z toho vyplývá, že pás 3s sodíku, který je obsazen fondem n elektronů, je zaplněn pouze z poloviny. Bezprostředně nad nejsvrchnějšími zaplněnými orbitaly se nacházejí prázdné molekulové orbitaly a je snadné, aby porucha, například přiložený rozdíl potenciálů nebo oscilující elektromagnetické pole dopadajícího světla, přesunula elektrony do těchto neobsazených hladin. Proto jsou elektrony velmi pohyblivé a mohou vést elektrický proud, odrážet světlo, přenášet energii a rychle migrovat na nová místa, když se kationty pohybují kladivem.

Úplná teorie struktury kovů je vysoce odborný předmět (stejně jako úplné teorie ostatních zde probíraných témat). Cílem tohoto stručného úvodu bylo pouze ukázat, že myšlenky teorie molekulových orbitalů lze přirozeně rozšířit tak, aby vysvětlovaly obecné rysy struktury a vlastností pevných látek.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.