พันธะโลหะ

พันธะโลหะ (Metallic Bond ) คือ แรงดึงดูดระหว่างไออนบวกซึ่งเรียงชิดกันกับอิเล็กตรอนที่อยู่โดยรอบหรือเป็น แรงยึดเหนี่ยวที่เกิดจากอะตอมในก้อนโลหะใช้เวเลนส์อิเล็กตรอนทั้งหมดร่วมกัน อิเล็กตรอนอิสระเกิดขึ้นได้ เพราะโลหะมีวาเลนส์อิเล็กตรอนน้อยและมีพลังงานไอออไนเซชันต่ำจึงทำให้เกิดกลุ่มของอิเล็กตรอนและไอออนบวกได้ง่ายพลังงานไอออไนเซชันของโลหะมีค่าน้อยมากแสดงว่าอิเล็กตรอนในระดับนอกสุดของโลหะถูกยึดเหนี่ยวไว้ไม่แน่นหนา อะตอมเหล่านี้จึงเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นไอออนบวกได้ง่าย เมื่ออะตอมของโลหะมารวมกันเป็นกลุ่ม  ทุกอะตอมจะนำเวเลนซ์อิเล็กตรอนมาใช้ร่วมกันโดยอะตอมของโลหะจะอยู่ในสภาพของไอออนบวก   ส่วนเวเลนซ์อิเล็กตรอนทั้งหมดจะอยู่เป็นอิสระ ไม่ได้เป็นของอะตอมใดอะตอมหนึ่งโดยเฉพาะ แต่สามารถเคลื่อนที่ไปได้ทั่วทั้งก้อนโลหะ  และเนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เร็วมาก จึงมีสภาพคล้ายกับมีกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนปกคลุมก้อนโลหะนี้นอยู่  เรียกว่า ทะเลอิเล็กตรอน โดยมีไอออนบวกฝังอยู่ในกลุ่มหมอกอิเล็กตรอนซึ่งเป็นลบ จึงเกิดแรงดึงดูดที่แน่นหนาทั่วไปทุกตำแหน่งภายในก้อนโลหะนั้น


ทฤษฎีที่ใช้อธิบายพันธะโลหะ
   1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model )
   2. ทฤษฎีแถบพลังงาน ( band theory )
    1. แบบจำลองทะเลอิเล็กตรอน ( electron sea model )

   จากรูปแสดงลักษณะของพันธะโลหะ ทรงกลมสีเทาคือ ไอออนบวกของโลหะ ทรงกลมสีแดงที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลานี้ คือ อิเล็กตรอน เรามักเรียกแบบจำลองของการเกิดพันธะโลหะนี้ว่า ทะเลอิเล็กตรอนเนื่องจากในผลึกของโลหะมีจำนวนอิเล็กตรอนมหาศาลที่ไหลไปมาได้อย่างอิสระตลอดเวลา

2. ทฤษฎีแถบพลังงาน (band theory)      เมื่อออร์บิทัลอะตอมสองออร์บิทัลมารวมกันจะได้ออร์บิทัลโมเลกุลสองชนิดคือ ออร์บิทัลโมเลกุลแบบมีพันธะ (bonding molecular orbital) และออร์บิทัลโมเลกุลแบบต้านพันธะ (anti-bonding molecular orbital)  ดังเช่นกรณีของ Li₂   (Li : 1s²2s¹)   ซึ่งแสดงออร์บิทัลโมเลกุลที่ระดับ 2s 

    อิเล็กตรอนจะมีพลังงานค่าต่างๆได้ภายในแถบ หรือภายในแถบที่มีการซ้อนเหลื่อมกันเท่านั้น (กรณีที่ระดับพลังงานไม่ห่างกันมากแถบพลังงานสามารถซ้อนเหลื่อมกันได้) แถบพลังงานนี้เรียกว่า แถบอนุญาต (allowed band) สำหรับช่วงที่ว่างที่ไม่มีแถบพลังงานเรียกว่า ช่องต้องห้าม (forbidden gap)

สมบัติของโลหะ

• เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดี เพราะมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปได้ง่ายทั่วทั้งก้อนของโลหะ   แต่โลหะนำไฟฟ้าได้น้อยลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น   เนื่องจากไอออนบวกมีการสั่นสะเทือนด้วยความถี่และช่วงกว้างที่สูงขึ้นทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไม่สะดวก
• โลหะนำความร้อนได้ดี  เพราะมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้   โดยอิเล็กตรอนซึ่งอยู่ตรงตำแหน่งที่มีอุณหภูมิสูง  จะมีพลังงานจลน์สูง และอิเล็กตรอนที่มีพลังงานจลน์สูงจะเคลื่อนที่ไปยังส่วนอื่นของโลหะจึงสามารถถ่ายเทความร้อนให้แก่ส่วนอื่น ๆ ของแท่งโลหะที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าได้ 
• โลหะตีแผ่เป็นแผ่นหรือดึงออกเป็นเส้นได้   เพราะไอออนบวกแต่ละไอออนอยู่ในสภาพเหมือนกันๆ กัน   และได้รับแรงดึงดูดจากประจุลบเท่ากันทั้งแท่งโลหะ ไอออนบวกจึงเลื่อนไถลผ่านกันได้โดยไม่หลุดจากกัน   เพราะมีกลุ่มของอิเล็กตรอนทำหน้าที่คอยยึดไอออนบวกเหล่านี้ไว้
• โลหะมีผิวเป็นมันวาว   เพราะกลุ่มของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้โดยอิสระจะรับและกระจายแสงออกมา   จึงทำให้โลหะสามารถสะท้อนแสงซึ่งเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้
• โลหะมีจุดหลอมเหลวสูง  เพราะพันธะในโลหะ   เป็นพันธะที่เกิดจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างวาเลนซ์อิเล็กตรอนอิสระทั้งหมดในด้อนโลหะกับไอออนบวกจึงเป็นพันธะที่แข็งแรงมาก