结构生物化学/金属行为
金属通常位于元素周期表的左侧和下方,它们可以被定义为具有相对较高熔点的固体。此外,金属的另一个特征是它们通常有光泽,并且是良好的热和电导体。另一方面,非金属位于元素周期表的右上角。类金属可以观察到位于这两类之间,它们具有体现金属和非金属特征的性质。
金属行为被描述为金属元素的化学性质。这些特性都基于一个事实。这个事实是金属容易失去电子或被氧化。这些趋势可以通过化学来解释。在同一周期中,金属性减弱,因为原子更容易接受电子来填补价层。在同一族中,金属性增强,因为随着原子半径变大,电子更容易丢失或被还原![1]
金属的化学性质:金属与其他金属和一些非金属元素结合,形成大量的合金,从而增强了金属在特定应用中的性能。例如,铁、镍和铬的结合提供了各种常见的耐腐蚀不锈钢合金。镍、钒、钼、钴、稀土元素和铂族金属等金属使石油中许多有机化学品的合成催化反应成为可能。各种各样的金属化合物和盐赋予了产品如塑料在颜色、亮度、阻燃性和耐降解性方面的有益性能。金属盐在光照下的作用使得摄影成为可能。
金属的力学性能:强度和延展性等性能使得金属能够广泛用于结构和机械。金属和合金表现出延展性、可塑性和塑性变形(即不会断裂)的能力,这使得它们很容易被塑造成梁(用于建筑的钢梁)、挤压件(用于门窗的铝框)、硬币、金属罐和各种紧固件(钉子和订书机)。金属在压力(压缩)、拉伸(拉伸)和剪切力下的强度使其成为建筑物、汽车、飞机机身、天然气管道、桥梁、缆索和某些运动器材等结构用途的理想选择。
金属的导电性:金属是热和电的优良导体。通常,电导率随着温度的降低而增加,因此,在绝对零度(-273°C)下,电导率是无限的。强调的是,金属会变成超导体。热导率被利用在汽车散热器和烹饪用具中。电导率使社会能够将电力传输到远距离,为远离发电站的城市提供照明和动力。家用电器、电视机和计算机中的电路依赖于电导率。耐磨、耐腐蚀、耐疲劳和耐高温:金属坚硬耐用。它们被用于对腐蚀敏感的应用,如化工厂、食品加工、医疗应用、管道和铅酸蓄电池。耐磨性对于所有交通方式的轴承和机床至关重要。抗疲劳性是指在反复变形(如弯曲)后抵抗断裂的能力,这使得金属能够用于弹簧、杠杆和齿轮。耐温性使金属适用于喷气发动机和灯泡中的灯丝。光学特性:金属通常有光泽,除了铜和金以外,其他金属都是银色或灰色。原因是所有金属都会吸收所有频率的光,并立即将其辐射出去。金属赋予镜子其反射表面。金属的光泽赋予它们在珠宝和硬币中非常重要的迷人外观。金属提供了与硬币相关的无形、独特的金属声音。
磁性:铁和其他几种金属表现出铁磁性。此外,其他金属和合金可以在电场中被磁化以表现出顺磁性。磁性被用于电机、发电机和音频设备的扬声器系统。发射性质:金属在暴露于短波长的辐射(例如:光)或加热到足够高的温度时会发射电子。这些现象被利用在电视屏幕中,使用稀土氧化物以及各种电子设备和仪器。相反,铅等金属吸收辐射的能力被用于屏蔽。例如,牙医在进行 X 光检查时使用的围裙。
由于价电子数增加,原子半径减小,金属性从周期表左侧向右侧逐渐减弱。
由于电子层数和原子半径增加,金属性从上到下逐渐增强。
配位化合物的光谱解释对于识别最低能量形式很重要。首先,绘制能级图以显示 d 电子。然后,最低能量态的自旋多重度等于未配对电子的数量。确定该组态的最大可能 M1 值,从而确定基态项。选择规则如下:1)过渡金属配合物中的键会振动,从而暂时改变其几何形状。这称为振动耦合,它提供一种使中心原子发生畸变的振动。这称为拉波特选择规则。2)四面体配合物通常比相同金属的八面体配合物吸收更强。过渡金属配合物中的 σ 键可以描述为 p 轨道特征的混合。3)自旋轨道耦合为第二选择规则提供了一种机制,该规则指出,不同自旋状态之间的跃迁是不允许的。这称为自旋选择规则。
- Silberberg, Martin S. 普通化学原理。波士顿:麦格劳-希尔高等教育,2007 年。印刷版。
Miessler, Gary. 无机化学。第 4 版。