קשר מתכתי הוא סוג של קשר כימי נוצר בין אטומים טעונים חיוביים בהם האלקטרונים החופשיים משותפים בין סריג של קטיונים. בניגוד, קוולנטי ו קשרים יוניים נוצרים בין שני אטומים נפרדים. קשרים מתכתיים הם הסוג העיקרי של קשר כימי הנוצר בין אטומי מתכת.
קשרים מטאליים נראים טהורים מתכות וסגסוגות וכמה מתכות. לדוגמה, גרפן (אלוטרופה של פחמן) מציג קשרים מתכתיים דו מימדיים. מתכות, אפילו טהורות, יכולות ליצור סוגים אחרים של קשרים כימיים בין האטומים שלהם. לדוגמה, היון הכספתי (Hg22+) יכולים ליצור קשרים קוולנטיים-מתכתיים. גליום טהור יוצר קשרים קוולנטיים בין זוגות אטומים המקושרים על ידי קשרים מתכתיים לזוגות הסובבים.
כיצד עובדות אגרות חוב מתכיות
רמות האנרגיה החיצוניות של אטומי המתכת (ה- s ו ע חופפים. לפחות אחד מאלקטרוני הערך המשתתפים בקשר מתכתי אינו משותף לאטום שכן, והוא גם לא אבד ליצירת יון. במקום זאת האלקטרונים יוצרים מה שמכונה "ים אלקטרונים" בו אלקטרונים ערכיים חופשיים לעבור מאטום אחד למשנהו.
מודל הים האלקטרוני הוא פישוט יתר של מליטה מתכתית. חישובים המבוססים על מבנה להקה אלקטרונית או פונקציות צפיפות מדויקים יותר. מליטה מתכית עשויה להיראות כתוצאה מחומר שיש בו מצבי אנרגיה רבים יותר ממוקדים ממנו יש אלקטרונים ממוקדים (מחסור באלקטרונים), כך שאלקטרונים לא מותאמים מקומיים עשויים להיעשות ממוקמים נייד. האלקטרונים יכולים לשנות מצבי אנרגיה ולנוע דרך סריג לכל כיוון.
ההדבקה יכולה גם להיות בצורה של היווצרות אשכול מתכתי, בה אלקטרונים ממוקמים זורמים סביב ליבות מקומיות. היווצרות הקשר תלויה מאוד בתנאים. לדוגמא, מימן הוא מתכת בלחץ גבוה. עם הפחתת הלחץ, ההדבקה משתנה ממתכתי לקוואלינט לא פולני.
קשירת איגרות חוב מתכיות לתכונות מתכיות
מכיוון שאלקטרונים ממוקמים סביב גרעינים טעונים חיוביים, קשרים מתכתיים מסבירים תכונות רבות של מתכות.
מוליכות חשמלית: רוב המתכות הם מוליכים חשמליים מצוינים מכיוון שהאלקטרונים בים האלקטרונים חופשיים לנוע ולשאת טעינה. לא מתכות מוליכות (כמו גרפיט), תרכובות יוניות מותכות ותרכובות יוניות מימיות מוליכות חשמל מאותה סיבה - אלקטרונים חופשיים להסתובב.
מוליכות תרמית: מתכות מוליכות חום מכיוון שהאלקטרונים החופשיים מסוגלים להעביר אנרגיה הרחק ממקור החום וגם בגלל שרטוטי האטומים (פונונים) עוברים דרך מתכת מוצקה כגל.
משיכות: מתכות נוטות להיות משיכות או להיגרר לחוטים דקים מכיוון שקשורים מקומיים בין אטומים ניתנים לשבירה בקלות וגם לרפורמה. אטומים בודדים או סדינים שלמים מהם יכולים לגלוש אחד על פני השני ולרפור קשרים.
גמישות: לעיתים קרובות מתכות ניתנות לטיהור או יכולות להעצב או להכות לצורה, שוב מכיוון שקשרים בין אטומים מתפרקים ורפורמים בקלות. הכוח המחייב בין מתכות אינו כיווני, כך שציור מתכת או עיצובה פחות סיכוי לשבור אותה. אלקטרונים בגביש עשויים להיות מוחלפים על ידי אחרים. יתר על כן, מכיוון שהאלקטרונים חופשיים להתרחק אחד מהשני, עבודת מתכת אינה מכריחה יחדיו מטענים דומים, העלולים לשבור גביש דרך הדחייה החזקה.
ברק מתכתי: מתכות נוטות להיות מבריקות או להציג ברק מתכתי. הם אטומים ברגע שמתקבל עובי מינימלי מסוים. ים האלקטרונים משקף פוטונים מהשטח החלק. יש גבול לתדר עליון לאור שיכול להשתקף.
המשיכה החזקה בין אטומים בקשרים מתכתיים הופכת את המתכות לחזקות ומעניקה להם צפיפות גבוהה, נקודת התכה גבוהה, נקודת רתיחה גבוהה ותנודתיות נמוכה. יש חריגים. לדוגמא, כספית היא נוזל בתנאים רגילים ובעלת לחץ אדי גבוה. למעשה, כל המתכות בקבוצת האבץ (Zn, Cd ו- Hg) הן תנודתיות יחסית.
כמה חזק אגרות חוב מתכיות?
מכיוון שחוזק הקשר תלוי באטומי המשתתפים בו, קשה לדרג סוגים של קשרים כימיים. קשרים קוולנטים, יוניים ומתכתיים עשויים כולם להיות קשרים כימיים חזקים. אפילו במתכת מותכת, המליטה יכולה להיות חזקה. גליום, למשל, אינו נדיף ובעל נקודת רתיחה גבוהה למרות שיש לו נקודת התכה נמוכה. אם התנאים צודקים, מליטה מתכתית אינה מצריכה אפילו סריג. הדבר נצפה בכוסות שיש להן מבנה אמורפי.