結構生物化學/金屬行為
金屬通常位於元素週期表的左側和下方,它們可以被定義為具有相對較高熔點的固體。此外,金屬的另一個特徵是它們通常有光澤,並且是良好的熱和電導體。另一方面,非金屬位於元素週期表的右上角。類金屬可以觀察到位於這兩類之間,它們具有體現金屬和非金屬特徵的性質。
金屬行為被描述為金屬元素的化學性質。這些特性都基於一個事實。這個事實是金屬容易失去電子或被氧化。這些趨勢可以透過化學來解釋。在同一週期中,金屬性減弱,因為原子更容易接受電子來填補價層。在同一族中,金屬性增強,因為隨著原子半徑變大,電子更容易丟失或被還原![1]
金屬的化學性質:金屬與其他金屬和一些非金屬元素結合,形成大量的合金,從而增強了金屬在特定應用中的效能。例如,鐵、鎳和鉻的結合提供了各種常見的耐腐蝕不鏽鋼合金。鎳、釩、鉬、鈷、稀土元素和鉑族金屬等金屬使石油中許多有機化學品的合成催化反應成為可能。各種各樣的金屬化合物和鹽賦予了產品如塑膠在顏色、亮度、阻燃性和耐降解性方面的有益效能。金屬鹽在光照下的作用使得攝影成為可能。
金屬的力學效能:強度和延展性等效能使得金屬能夠廣泛用於結構和機械。金屬和合金表現出延展性、可塑性和塑性變形(即不會斷裂)的能力,這使得它們很容易被塑造成梁(用於建築的鋼樑)、擠壓件(用於門窗的鋁框)、硬幣、金屬罐和各種緊韌體(釘子和訂書機)。金屬在壓力(壓縮)、拉伸(拉伸)和剪下力下的強度使其成為建築物、汽車、飛機機身、天然氣管道、橋樑、纜索和某些運動器材等結構用途的理想選擇。
金屬的導電性:金屬是熱和電的優良導體。通常,電導率隨著溫度的降低而增加,因此,在絕對零度(-273°C)下,電導率是無限的。強調的是,金屬會變成超導體。熱導率被利用在汽車散熱器和烹飪用具中。電導率使社會能夠將電力傳輸到遠距離,為遠離發電站的城市提供照明和動力。家用電器、電視機和計算機中的電路依賴於電導率。耐磨、耐腐蝕、耐疲勞和耐高溫:金屬堅硬耐用。它們被用於對腐蝕敏感的應用,如化工廠、食品加工、醫療應用、管道和鉛酸蓄電池。耐磨性對於所有交通方式的軸承和機床至關重要。抗疲勞性是指在反覆變形(如彎曲)後抵抗斷裂的能力,這使得金屬能夠用於彈簧、槓桿和齒輪。耐溫性使金屬適用於噴氣發動機和燈泡中的燈絲。光學特性:金屬通常有光澤,除了銅和金以外,其他金屬都是銀色或灰色。原因是所有金屬都會吸收所有頻率的光,並立即將其輻射出去。金屬賦予鏡子其反射表面。金屬的光澤賦予它們在珠寶和硬幣中非常重要的迷人外觀。金屬提供了與硬幣相關的無形、獨特的金屬聲音。
磁性:鐵和其他幾種金屬表現出鐵磁性。此外,其他金屬和合金可以在電場中被磁化以表現出順磁性。磁性被用於電機、發電機和音訊裝置的揚聲器系統。發射性質:金屬在暴露於短波長的輻射(例如:光)或加熱到足夠高的溫度時會發射電子。這些現象被利用在電視螢幕中,使用稀土氧化物以及各種電子裝置和儀器。相反,鉛等金屬吸收輻射的能力被用於遮蔽。例如,牙醫在進行 X 光檢查時使用的圍裙。
由於價電子數增加,原子半徑減小,金屬性從週期表左側向右側逐漸減弱。
由於電子層數和原子半徑增加,金屬性從上到下逐漸增強。
配位化合物的光譜解釋對於識別最低能量形式很重要。首先,繪製能級圖以顯示 d 電子。然後,最低能量態的自旋多重度等於未配對電子的數量。確定該組態的最大可能 M1 值,從而確定基態項。選擇規則如下:1)過渡金屬配合物中的鍵會振動,從而暫時改變其幾何形狀。這稱為振動耦合,它提供一種使中心原子發生畸變的振動。這稱為拉波特選擇規則。2)四面體配合物通常比相同金屬的八面體配合物吸收更強。過渡金屬配合物中的 σ 鍵可以描述為 p 軌道特徵的混合。3)自旋軌道耦合為第二選擇規則提供了一種機制,該規則指出,不同自旋狀態之間的躍遷是不允許的。這稱為自旋選擇規則。
- Silberberg, Martin S. 普通化學原理。波士頓:麥格勞-希爾高等教育,2007 年。印刷版。
Miessler, Gary. 無機化學。第 4 版。