化学【3分でわかる】金属結合と金属結晶の性質、自由電子の働き

化学オンライン講義

【図解】金属結合の仕組み、金属結晶の性質である展性・延性・電気伝導性・金属光沢、金属結合の強さと融点について解説します。解説担当は、灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師です。

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金属結合の仕組み

金属結合は金属元素と金属元素が結合するときに生じます。

金属は電気陰性度が低いため、自分が持つ電子を外に出して陽イオンになろうとします。(詳しくは 電気陰性度の定義と周期表での大小関係の解説 を参照してください。)

しかし、同じ種類の金属原子同士ではどちらかが電子をもらうという現象は起こりません。そのため、原子核の束縛から解放された電子は、特定の金属原子に固定されることなく、金属全体を動き回ることが出来ます。このような電子を自由電子といいます。つまり、自由電子は,正の電荷をおびた金属原子のまわりを動き回ることによって、ばらばらになろうとする多数の金属原子を電子とのクーロン力を介して結ぶつける働きをしているということです。これが金属結合です。

金属結合のイメージ

また、金属結合によってできた物質を金属結晶といいます。金属結合はイオン結合と同様に原子がある限り際限なく結合しつづけます。したがって、分子のようにひとかたまりにならないため、金属の単体は、Al(アルミニウム)、Ag(銀)、Na(ナトリウム)などのように組成式で表します。

 

金属の電気伝導性

陽イオンを結び付けている自由電子は、その名の通り自由に動く事ができます。そのため、金属に電圧を加えると、自由電子が移動して電流が生じ、電気を通すことができます。この性質を電気伝導性といいます。

 

金属の展性・延性

展性と延性

金属は、たたいたり(二次元的)、のばしたり(一次元的)しても、電子が陽イオンの位置に合わせて移動して結合を保とうとします。この性質を展性、延性といいます。

 

金属光沢

金属光沢

出典:http://jun-kin.info/

自由電子は光を反射するため、金属は特有の光沢を持ちます。これを金属光沢といいます。

 

金属結合の強さと融点

金属結合は共有結合ほど強くありませんが、1原子あたりの自由電子の数が多いほど金属結合は強くなります。そして、強い結合であるほど、切断して液体にするためには多くのエネルギーを必要とするため、融点が高くなる傾向があります。

典型元素-多様(アルカリ金属,Hgなどは低い)

遷移元素-かなり高い

まとめ

灘・甲陽在籍生100名を超え、東大京大国公立医学部合格者を多数輩出する学習塾「スタディ・コラボ」の化学科講師より、金属結合の仕組み、金属結晶の性質、自由電子の働きを図で詳しく解説しました。しっかりと覚えておきましょう。

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