پرسش

به نام خدا
با سلام وخسته نباشید
چرا چگالی فلزها زیاد است؟وچرا در شبكه بلوری فلزها نیروی دافعه بین الكترون های غیر مستقر باعث از هم پاشیدگی آن نمی شود؟

پاسخ

چگالی یا جرم حجمی فلز d، برابر است با جرم یك مول سلول واحد mبه حجم سلول واحد v:
d = m/v
كوچكترین بخش تشكیل دهنده‌ی هر جامد بلوری كه بتواند ساختار آن را مشخص كرده و تمام خواص آن را در بر داشته باشد، اصطلاحاْْ سلول واحد شبكه نامیده می‌شود. در حقیقت تكرار همین سلولهای واحد در سه بعد فضا است كه شبكه بلور را به وجود می‌آورد. فلزات عمدتاْْ در سه سیستم تبلور به نامهای سیستم انباشته مكعبی، سیستم مكعبی مركز پر و سیستم انباشته هگزاگونالی متبلور می‌شوند. در این سیستم‌ها، عدد كئوردیناسیون هر اتم برابر 8 یا 12 می‌باشد. یعنی هر اتم با 8 یا 12 اتم دیگر در ارتباط است. عدد كئوردیناسیون بالا به همراه فاكتری به نام كسرانباشتگی بالا در فلزات سبب بالا رفتن چگالی آنها می‌شود. كسر انباشتگی عبارت است از نسبت حجم كل ذرات به حجم سلول واحد شبكه. اتمهای فلز در راسها و مراكز و نیز وسط اضلاع یك سلول واحد ( به عنوان مثال سلول مكعبی) قرار دارند و حجم فضای خالی در این سلول كم است و اتمها تنگاتنگ با یكدیگر پیوند دارند، چگالی سلول واحد و درنتیجه جامد متشكل از این سلولهای واحد، افزایش می‌یابد.
در توجیه پیوند فلزی و چگونگی اتصال ذرات فلز در شبكه بلور فلزی، باید توجه داشت كه همانطور كه می‌دانید، انرژی یونیزاسیون فلزها نسبت به غیرفلزها، نسبتاْْ كمتر و تعداد اوربیتالهای خالی لایه‌ی ظرفیت اتم آنها نسبت به تعداد الكترونهای لایه‌ی ظرفیت ( در مورد فلزات واسطه) نیز كم است. از این رو تعدادی از الكترونهای سست لایه‌ی ظرفیت اتم فلز، تا حدی از قید جاذبه‌ی هسته رها شده و بدون اینكه تحت تاثیر جاذبه‌ی هسته‌ی معینی قرار داشته باشد، در اوربیتالهای خالی لایه‌ی ظرفیت، در فضاهای خالی بین اتمهای فلز پراكنده شده، دارای آزادی حركت می‌باشند. مجموعه‌‌’ این الكترونهای آزادلایه‌ی ظرفیت اتم فلز، كه اصطلاحاْْ دریای الكترونی فلزی نامیده می‌شوند، باقی مانده اتمهای فلز را كه دارای بار مثبت خواهند بود، فرا می‌گیرند. جاذبه‌ی الكتروستاتیكی حاصل بین این ذرات مثبت فلزی و بار منفی توده ابر الكترون آزاد فلزی كه سراسر شبكه بلور فلز را فرا گرفته است، بیش از دافعه‌ی بین الكترونهای آزاد یا دافعه‌ی بین اتمهای مثبت بوده، درنتیجه عامل پیوند بین ذرات فلز محسوب می‌شودو اتصال ذرات فلز را در شبكه و انسجام بلور فلزی را تامین می‌كند.