Ikatan logam terjadi antara dua atom logam. Dalam ikatan ini, semua atom yang terlibat kehilangan elektron dari kulit terluarnya, yang bergerak kurang lebih bebas di antara mereka, membentuk awan elektronik (juga dikenal sebagai lautan elektron).
Logam khas adalah konduktor panas dan listrik yang baik, mudah dibentuk, ulet, berpenampilan mengkilap, umumnya padat, dengan titik leleh tinggi dan volatilitas rendah.
Sifat fisik logam, terutama konduksi listrik, dapat dijelaskan oleh ikatan logam. Ikatan logam adalah ikatan kovalen yang memiliki ciri-ciri tersendiri.
Untuk memahami ikatan kovalen dengan baik, pertama-tama kita perlu memikirkan orbital atom dan kemudian orbital molekul.
Orbital atom mudah dipahami: itu adalah wilayah ruang di mana ada peluang untuk menemukan elektron di sekitar inti atom. Karena inti atom dari unsur yang berbeda tentu berbeda, energi orbital atom akan bervariasi dari unsur ke unsur.
Sementara itu, ketika dua unsur memiliki kondisi yang menguntungkan untuk membentuk ikatan kovalen, energi orbital valensinya akan cukup mirip, dan orbital-orbital tersebut akan terjalin, membentuk daerah baru di antara inti atom yang energinya akan lebih rendah lagi, daripada orbital valensi atom-atom yang terpisah.
Daerah berenergi rendah itu akan menjadi orbital molekul pengikat. Di sinilah pasangan elektron yang bertanggung jawab atas ikatan kovalen akan berada, bergabung dengan dua unsur dalam molekul baru.
Sedangkan sifat alam kecil, yaitu dimensi proton, neutron dan elektron, sedikit lebih rumit. Untuk alasan yang dijelaskan oleh Mekanika Kuantum, karena wilayah energi rendah yang diciptakan oleh belitan dua orbital atom valensi dari dua atom yang berbeda, wilayah energi yang sangat tinggi juga dibuat, di mana elektron ikatan tidak dapat ada, dan wilayah itu kemudian dikenal sebagai orbital molekul anti ikatan.
Tampaknya rumit, tetapi masuk akal: dua orbital atom bercampur untuk membentuk dua orbital molekul, satu ikatan (energi rendah, dapat berisi sepasang elektron dan merupakan pasangan yang bertanggung jawab untuk penyatuan atom-atom ikatan kovalen) dan yang lainnya anti-ikatan (energi tinggi, yang tidak dapat mengandung elektron ikatan).
Untuk mendapatkan gambaran tentang bagaimana hasilnya, kita dapat menggunakan dua orbital atom dan elektron 1s1-nya dari dua atom hidrogen yang mendekat. Ketika mereka bercampur, ikatan kovalen akan menghasilkan dua orbital molekul, satu energi rendah dan satu energi tinggi; pasangan elektron akan berada di yang lebih rendah, dan akan bertanggung jawab untuk menjaga dua atom hidrogen tetap terikat, membentuk molekul hidrogen. Kita dapat menggambarkan situasi ini secara grafis sebagai berikut:
Bayangkan sebuah logam, struktur logamnya mudah divisualisasikan, bayangkan saja setumpuk jeruk, yang oranye di jendela supermarket: bola di atas bola, di tumpukan padat. Begitulah. Atom-atom unsur yang padat.
Untuk mempermudah kita akan membayangkan bahwa logam ini adalah natrium. Dengan demikian, setiap atom natrium dapat membawa elektron valensi 3s1 untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom natrium lain dalam logam. Selama jumlah atom natrium sangat besar, bahkan dalam potongan logam yang sangat kecil, kita dapat memikirkan ribuan, jutaan bola kecil yang dikemas bersama. Oleh karena itu, untuk membentuk ikatan kimia, kita akan memiliki ribuan, jutaan orbital 3s, satu untuk setiap atom natrium.
Kita dapat membayangkan bahwa dalam situasi ini kita akan menghasilkan orbital molekul dalam jumlah yang sangat besar. Jika kita mengatakan bahwa kita memiliki n atom (di mana n adalah angka yang sangat tinggi) maka kita akan memiliki n orbital molekul ikatan, dan pasangannya, n orbital molekul antiikatan.
Dan dalam kasus khusus ini terletak kekhasan ikatan logam: karena jumlah orbital sangat tinggi, maka perbedaan energi di antara mereka akan tumbuh secara monoton, seperti dalam skala musik yang halus. Ketika tiba-tiba, kita tidak akan lagi berada di bidang orbital molekul yang mengikat: kita melewati hampir tanpa persepsi, ke bidang energi di mana orbital molekul yang tidak mengikat berada.
Dalam logam, elektron ikatan akan menempati lautan orbital itu, dua elektron per orbital. Elektron yang paling energik, elektron yang berada pada orbital ikatan energi tertinggi, akan sangat dekat (dalam energi) dengan daerah orbital anti ikatan.
Maka menjadi sangat mudah, untuk mengeksitasi elektron residen dalam batas ikatan (anti-ikatan sehingga – dalam keadaan tereksitasi -, menempati orbital anti-ikatan) melintasi seluruh volume natrium, akhirnya memasuki kembali orbital ikatan kerang. Faktanya, ini terjadi secara spontan dalam logam, yang berarti bahwa batas atas orbital molekul pengikat energi tertinggi selalu setengah penuh atau setengah kosong, strip itulah yang bertanggung jawab untuk konduksi elektron dari satu tempat ke tempat lain. strip mengemudi.
Keberadaan strip inilah yang mengubah logam menjadi konduktor arus listrik yang baik, dan itulah salah satu kekhasan ikatan logam yang paling menarik, dan itulah yang bertanggung jawab atas gagasan bahwa ikatan logam adalah lautan elektron yang menyelimuti bola. Terminologi bermuatan sering ditemukan dalam buku-buku kimia.