მეტალური ბმა

როგორც უკვე ვიცით, ქიმიურ ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში ელემენტები იყოფიან მეტალებად და არამეტალებად.
ქიმიური ელემენტების უმრავლესობა მეტალია - დაახლოებით 90 დღეისათვის ცნობილი 110-ზე მეტი ელემენტიდან. ჩვენთვის კარგად ცნობილი მეტალებია: რკინა, ოქრო, ვერცხლი, ალუმინი, სპილენძი და ა. შ. ჩვეულებრივ პირობებში მეტალები მყარი ნივთიერებებია. გამონაკლისია ვერცხლისწყალი, რომელიც ჩვეულებრივ პირობებში არსებობს თხევად მდგომარეობაში.
მეტალებისთვის დამახასიათებელია:

მეტალური ბზინვარება, კარგი სითბო და ელექტროგამტარობა, ჭედადობა, პლასტიურობა, წელვადობა, მაღალი ლღობისა და დუღილის ტემპერატურა და სიმტკიცე. ეს მეტალების ფიზიკური თვისებებია. არამეტალებს ეს თვისებები ერთად არ ახასიათებთ.

მეტალები და მათი შენადნობები ფასდაუდებელია ადამიანის ყოფა-ცხოვრებაში. მათი ასეთი განსაკუთრებული თვისებები განპირობებულია მეტალთა ატომებს შორის მტკიცე ბმების არსებობით. სწორედ ამიტომაა მნიშვნელოვანი, გავარკვიოთ, თუ რა ძალები აკავშირებენ მეტალთა ატომებს ერთმანეთთან.
მყარ მდგომარეობაში ნივთიერება ძირითადად კრისტალის სახით არსებობს, სადაც სტრუქტურული ნაწილაკები (მოლეკულა, ატომი, იონი) მკაცრი კანონზომიერებითაა განლაგებული. თუ ამ ნაწილაკებს წარმოსახვითი ხაზებით შევაერთებთ, მივიღებთ კარკასს, რომელსაც კრისტალური მესერი ეწოდება. თვით ამ სტრუქტურულ ნაწილაკებს მესრის კვანძები ეწოდებათ.

ყველა მეტალში მეტალური კრისტალური მესერია.

თქვენთვის უკვე ცნობილია, რომ მეტალის ატომის რადიუსი შედარებით დიდია, გარე შრეზე ელექტრონთა რიცხვი კი მცირე (1,2,3 ელექტრონი). გარე შრის ელექტრონების ბირთვთან სუსტი კავშირის გამო მეტალის ატომი ადვილად გასცემს მათ და გადაიქცევა დადებითად დამუხტულ იონად. მეტალის კრისტალური მესრის კვანძებში სწორედ ეს იონებია განლაგებული. ატომიდან მოწყვეტილი ელექტრონები კი თავისუფლად გადაადგილდებიან კრისტალის მთელ მოცულობაში ერთი იონიდან მეორისაკენ და მათ ერთმანეთთან აკავშირებენ. წარმოიქმნება ე. წ. თავისუფლად მოძრავი ელექტრონების ერთობლიობა, რომელიც საერთოა მეტალის კრისტალში არსებული ყველა იონისათვის და რომელიც ერთნაირად მიიზიდება თითოეული მათგანის მიერ.
ამრიგად, მეტალში იონების შეკავშირებას ანუ ქიმიურ ბმას განაპირობებს მეტალის იონებისა და თავისუფლად მოძრავი ელექტრონების ელექტროსტატიკური ურთიერთმიზიდვა.

ქიმიურ ბმას, რომელიც დამყარებულია მეტალის დადებითად დამუხტულ იონებს შორის მეტალურ კრისტალში თავისუფლად მოძრავი ელექტრონების მიზიდვის საშუალებით, მეტალური ბმა ეწოდება

მეტალური ბმა მხოლოდ მეტალებში წარმოიქმნება.
მეტალური ბმის წარმოქმნის გამოსახვა შესაძლებელია შემდეგი სქემით:

სადაც M - მეტალია, n= {1, 2, 3. }

მეტალური ბმის სიმტკიცე საკმაოდ დიდია. მეტალური ბმის შემთხვევაში ვერ ვისაუბრებთ ქიმიური ბმის ისეთ თვისებებზე, როგორიცაა ბმის ნაჯერობა და მიმართულება, რომელიც კოვალენტურ ბმას ახასიათებდა, რადგან მეტალის კრისტალში ელექტრონების ნაკადი იზიდავს კრისტალში არსებულ ყველა იონს.

მეტალური ბმა განაპირობებს მეტალის თითქმის ყველა ძირითად ფიზიკურ თვისებას - ელექტროგამტარობას, სითბოგამტარობას, მეტალურ ბზინვარებას, პლასტიურობას , სიმტკიცეს და სხვა.

მეტალური ბმის თვისებები განსაზღვრავს იმ გარემოებასაც, რომ ჩვეულებრივ პირობებში მეტალები მყარი ნივთიერებებია, ერთი გამონაკლისის - ვერცხლისწყლის გარდა (აქ მეტალური ბმა ყველაზე სუსტია).
მეტალური ბმა განაპირობებს მეტალთა ელექტროგამტარობასაც. მეტალის სადენის ელქტრულ წრედში ჩართვისას თავისუფლად მოძრავი ელექტრონები იწყებენ მიმართულ მოწესრიგებულ მოძრაობას, ანუ აღიძვრება ელექტრული დენი.( ფიზიკის კურსიდან თქვენთვის ცნობილი უნდა იყოს, რომ ელექტრული დენი ეს არის დამუხტული ნაწილაკების მიმართული მოწესრიგებული მოძრაობა).
მეტალის საგნის ფორმის ცვლილებისას მეტალური ბმა არ ირღვევა, ამიტომ არის მეტალი პლასტიური და ჭედადი.

 

ნივთიერების თვისებების დამოკიდებულება მის აგებულებაზე

აღსანიშნავია ის, რომ ყველა მყარ ნივთიერებას მისთვის დამახასიათებელი კრისტალური სტრუქტურა აქვს. იმის მიხედვით, თუ რომელი ნაწილაკებია კრისტალური მესრის კვანძებში, ასხვავებენ მოლეკულურ, ატომურ და იონურ კრისტალურ მესრებს. მოლეკულური კრისტალური მესრის კვანძებში მოლეკულებია განლგებული, იონური კრისტალური მესრის კვანძებში - იონები, ხოლო ატომური კრისტალური მესრის კვანძებში - ატომები. სწორედ კრისტალური მესრის სახეობა განსაზღვრავს ნივთიერების ფიზიკურ თვისებებს.

* იონური აგებულების ნაერთებისთვის დამახასიათებელია ლღობის მაღალი ტემპერატურა, არააქროლადობა, სიმაგრე, წყალში კარგად ხსნადობა(ზოგიერთ შემთხვევაში).
* ატომური კრისტალური მესრის მქონე ნივთიერებების ლღობის ტემპერატურა აღემატება იონურისას, არაააქროლადია, წყალში არ იხსნება. მაგალითად ალმასი გამორჩეულად მდგრადი ძნელლღობადი ნივთიერებაა.
* მოლეკულური კრისტალური მესრის მქონე ნაერთები ხასიათდებიან ადვილაქროლადობით, დაბალი ლღობის ტემპერატურით და სხვა. მაგალითად კრისტალური იოდი ისე გადადის აირად მდგომარეობაში, რომ არც თხევადდება. ამ მოვლენას სუბლიმაცია (აქროლება) ეწოდება.

მაშასადამე, თუ ვიცით ნივთიერების აგებულება, შეგვიძლია გავიგოთ მისი თვისებები და პირიქით, თუ ვიცით თვისებები , შეგვიძლია ვივარაუდოთ ნივთიერების აგებულება.

 

წყალბადური ბმა

წყალი უნიკალური ნივთიერებაა. იგი ერთადერთია დედამიწაზე, რომელიც მოკლე ტემპერატურულ შუალედში 00-დან 1000-მდე სამივე აგრეგატულ მდგომარეობაში გვხვდება: თხევად, მყარ და აირად მდგომარეობებში, სითხის, ყინულის და ორთქლის სახით. წყლის გაყინვის ტემპერატურაა 00C , ხოლო დუღილის - 1000C. ყინული უფრო მსუბუქია, ვიდრე თხევადი წყალი, ამიტომაა რომ ყინულის ნატეხი წყალში ტივტივებს. წყალი საუკეთესო გამხსნელია და ა. შ.
ეს უნიკალური თვისებები წყლის მოლეკულის აგებულებით და მათ შორის განსაკუთრებული ურთიერთქმედებით აიხსნება. წყლის მოლეკულაში ერთი ჟანგბადისა და ორი წყალბადის ატომია, მათ შორის კოვალენტურ-პოლარული ბმაა: საზიარო ელექტრონული წყვილები, ანუ ელექტრონული სიმკვრივე გადაწეულია ჟანგბადის ატომისკენ, ამიტომ წყლის მოლეკულა პატარა დიპოლია(ორპოლუსიანი მოლეკულა) + და - ბოლოებით. წყალბადის ატომები დამუხტულია δ+ ( ნაწილობრივი დადებითი) მუხტით, ხოლო ჟანგბადის ატომი - δ- (ნაწილობრივ უარყოფითი) მუხტით.

წყლის მოლეკულები, ისევე როგორც პატარა მაგნიტები, საპირისპირო ნიშნის მქონე ბოლოებით უახლოვდებიან ერთმანეთს და წარმოქმნიან წყალბადურ ბმას.
ანუ ერთი მოლეკულის წყლაბადის ატომი მიიზიდება მეორე მოლეკულის ჟანგბადის ატომით. ეს არის მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედება.

აღსანიშნავია, რომ წყალბადური ბმის დასამყარებლად საჭიროა წყალბადის ატომი, რომელიც დაკავშირებულია რომელიმე ელექტროუარყოფით ატომთან და აქვს ჭარბი დადებითი მუხტი და მეორე მოლეკულაში მყოფი დიდი ელექტროუარყოფითობის მქონე ატომი ჭარბი უარყოფითი მუხტით.

წყალბადური ბმა ხორციელდება მეზობელი მოლეკულების წყალბადისა და ჟანგბადის, წყალბადისა და აზოტის, წყალბადისა და ფტორის ატომებს შორის და სხვა.

წყალბადური ბმა კოვალენტურ ბმასთან შედარებით ძალიან სუსტია. წყალბადური ბმის სიძლიერე დამოკიდებულია იმ ატომის რადიუსზე და ელექტროუარყოფითობაზე, რომელთა შორისაც იგი ხორცილდება; რაც უფრო მცირეა რადიუსი და დიდია ატომის ელექტროუარყოფითობა, მით უფრო ძლიერია წყალბადური ბმა. ძლიერ წყალბადურ ბმას წყალბადთან წარმოქმნიან: O, F, N, სუსტს: Cl, S. მართალია, ქლორის ელექტროუარყოფითობა დიდია (თითქმის ისეთივეა, როგორც აზოტის), მაგრამ ის სუსტ წყალბადურ ბმას წარმოქმნის ატომის შედარებით დიდი რადიუსის გამო.
წყალბადური ბმა წარმოიქმნება არა მარტო ერთი და იგივე, არამედ სხვადასხვა ნივთიერების მოლეკულებს შორისაც. მაგალითად, სპირტის წყალხსნარში სპირტისა და წყლის მოლეკულებს შორის, ორგანულ მჟავას წყალხსნარში წყალსა და ორგანულ მჟავას შორის და ასე შემდეგ. მოლეკულები, რომელთა შორისაც ხორცილდება წყალბადური ბმა, ასოცირებულნი ანუ ურთიერთშეკავშირებულნი არიან.

წყალბადური ბმით გამოწვეული მოლეკულების ასოციაცია გავლენას ახდენს ნივთიერებების მთელ რიგ ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებზე. წყალბადური ბმა იწვევს ნივთიერების დუღილის ტემპერატურის გაზრდას, რადგან ენერგიის ნაწილი, გარდა აორთქლებისა, იხარჯება წყალბადური ბმის გახლეჩაზე. ამით აიხსნება წყლის, სპირტების, კარბონმჟავების და სხვა ნივთიერებების მაღალი დუღილის ტემპერატურები. წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადური ბმა 1000C-ზე ირღვევა.

წყალბადური ბმა გარკვეულ გავლენას ახდენს ორგანული ნივთიერების ხსნადობაზე წყალში იმიტომ, რომ გამხსნელის და გახსნილი ნივთიერების მოლეკულათა შორის წარმოიქმნება წყალბადური ბმები.

არსებობს შიდამოლეკულური წყალბადური ბმა, მაგალითად ცილის მოლეკულაში.

ამრიგად, გავეცანით ატომთა შორის ქიმიური ბმის ერთერთ სახეს მეტალურ ბმას და ბმის არაძირითად სახეს წყალბადურ ბმას. შემდეგი გაკვეთილის თემა იქნება ატომთა ვალენტობა და ჟანგვის ხრისხი.