§ 43. Металлы. Общая характеристика

Особенности электронного строения атомов металлов

У атомов металлов число электронов на внешнем слое в основном составляет от 1 до 3. Исключением являются всего несколько металлов: Ge, Sn, Pb (4 электрона); Sb, Bi (5 электронов); Po (6 электронов). В периоде у атомов металлов больше радиус, чем у неметаллов, так как малы силы кулоновского взаимодействия электронов с ядром.

img

Напомним, что по структуре кристаллов и электрофизическим свойствам германий и одна из аллотропных модификаций олова являются полупроводниками.

Электронные конфигурации внешней электронной оболочки атомов s-элементов 2-го и 3-го периодов, а также p-элемента 3-го периода Al приведены в главе 2, таблице 6 и в Приложении 1. Атомы элементов IА- и IIА-групп 2–7-го периодов имеют электронную конфигурацию ns1 и ns2 соответственно. Металлы — это и p-элементы IIIА–VIА-групп 3–7-го периодов (Al, Ga, In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, Po); их электронные конфигурации ns2np1, ns2np2, ns2np3, ns2np4. 

В периодической системе в каждом периоде, начиная с 4-го и заканчивая 7-м, имеется по 10 d-элементов, у атомов которых с ростом порядкового номера последовательно заполняются пять d-орбиталей.

Обратим внимание, что энергия 3d-подуровня выше, чем 4s-подуровня. Поэтому d-электроны могут принимать участие в образовании химических связей, то есть атомы d-элементов имеют большее число валентных электронов по сравнению с атомами s- и p-элементов, относящихся к металлам.

Знакомые вам примеры d-элементов — Fe (элемент VIIIB-группы 4-го периода, формула электронной конфигурации 1s22s22p63s23p63d64s2), а также Cu (элемент IB-группы 4-го периода, формула электронной конфигурации 1s22s22p63s23p63d104s1).

Начиная с 6-го периода в периодической системе появляются f-элементы, которые объединены в семейства по 14 элементов (за счёт сходных химических свойств) и носят особые названия лантаноидов и актиноидов.

При образовании металлической связи атомы металлов легко обобществляют свои валентные электроны. Электроны принадлежат не отдельным атомам, а являются общими для всех атомов и свободно перемещаются по всему кристаллу (см. гл. 3, рис. 26). Металлическая связь присуща металлам в жидком и твёрдом агрегатном состояниях.