background image
background image

Bonds in metals

A) Crystal structure of metals

- 60 % of metals have close packed 

cubic- or hexagonal crystal structures:
ccp (ABCABC…), hcp (ABAB…)

- 40 % of metals have body centered 

cubic structure: bcc

background image
background image

ccp, hcp: 74 % of available space is 
occupied

bcc:

67 % “

ccp, hcp: coordination number is 12

bcc:

 coordination number is 8

ccp:

Cu, Ag, Au, Pt

hcp:

Zn, Cd, Hg

background image

The band theory

- Formation of bands
- metal – semiconductor – 

insulator

     0

0 – 5 eV

> 5 eV     band 

gap

- Doped semiconductors

background image

Overlapping of 
filled “3s”band 
with empty “3p” 
band of Mg 
crystal. As a 
result ...

Overlapping of half-filled 
“3s” band with empty “3p” 
band of Na crystal.

background image
background image

Consequences of metallic structure

1.Metals can conduct electricity.

2.Metals are conductors of heat.

They absorb heat as electrons become 
thermally excited to low lying vacant 
orbitals in a conduction band.

3.Metals have lustrous appearance.

Mobile electrons can absorb a wide range 
of wavelength of radiant energy as they 
jump to higher energy levels. They can 
immediately emit photons of visible light 
and fell back to lower levels within the 
conduction band.

background image

Consequences of metallic structure 

(continuation)

4. Metals are malleable and ductile.

    As bond are broken, new ones are 
readily            

formed.

background image

Other crystalline solids with 

metal properties

1.Alloys – solid solutions, intermetallic 

compounds (fixed stoichiometry)
e.g. – TiAl – titanium aluminide

2.Interstitial solid solutions

- small non-metal atoms (H,B,C,N) 
occupy interstitial positions 
(interstices)  in the crystal lattices 
of d-metals

- octahedral sites
- tetrahedral sites

background image

Noncrystalline metals

1) Amorphous metals, metallic glasses,      

nanocrystalline metals

X-ray diffraction (0.1 nm, Roentgen); 

Bragg eqn.

2d sin = (d is distance between 

layers, at 

angle the X-rays interfere 

positively)

To obtain: 

- extremely rapid 

cooling

- electrolysis

2) Covalent bond between metal atoms, 
Na

2

background image

X-ray diffraction (Roentgen)

2d sin = (d is distance between 

layers, at 

angle the X-rays 

interfere positively)

background image

Amorphous alloys

background image

A new promising alloy (1992):

Liquidmetal is more than twice as strong as 
titanium and steel, doesn’t rust and can be cast 
like plastic and honed to an edge as sharp as 
glass.

The alloy is made of elements that fit very 
poorly together: titanium, copper, nickel, 
zirconium 
and beryllium.  These elements’ 
atoms are of different sizes so they don’t 
readily form crystals, even when cooled slowly.

Liquidmetal doesn’t shrink when it solidifies. 
Can be cast with a precision down to 1 micron.

background image

Metal clusters

Formation of metal clusters

Icosahedron, 13 

atoms,

dwudziestościan

Mass 
spectrum


Document Outline