Jednym z najpopularniejszych materiałów, z którymi ludzie zawsze woleli pracować, był metal. W każdej epoce preferowano różne rodzaje tych niesamowitych substancji. Tak więc IV-III tysiąclecia pne są uważane za wiek Chalcolith, czyli miedzi. Później zastępuje go brąz, a potem ten, który jest nadal aktualny – żelazo wchodzi w życie.
Dziś trudno sobie wyobrazić, że kiedyś można było obejść się bez wyrobów metalowych, ponieważ prawie wszystko, począwszy od artykułów gospodarstwa domowego, instrumentów medycznych, a skończywszy na ciężkim i lekkim sprzęcie, składa się z tego materiału lub zawiera oddzielne części. jego. Dlaczego metale zdobyły taką popularność? Jakie są cechy i jak jest to nieodłączne w ich strukturze, spróbujmy to dalej rozgryźć.
Ogólna koncepcja metali
„Chemia. Klasa 9” to podręcznik, któryuczenie się uczniów. To w nim szczegółowo badane są metale. Rozważaniu ich właściwości fizycznych i chemicznych poświęcono obszerny rozdział, ponieważ ich różnorodność jest niezwykle duża.
To właśnie od tego wieku warto dać dzieciom pojęcie o tych atomach i ich właściwościach, ponieważ nastolatki mogą już w pełni docenić wartość takiej wiedzy. Doskonale widzą, że różnorodność przedmiotów, maszyn i innych rzeczy wokół nich opiera się na metalicznej naturze.
Co to jest metal? Z punktu widzenia chemii zwyczajowo określa się te atomy jako te, które mają:
- mała liczba elektronów na zewnętrznym poziomie;
- pokaż silne właściwości regenerujące;
- mają duży promień atomowy;
- jak proste substancje mają szereg konkretnych właściwości fizycznych.
Podstawę wiedzy o tych substancjach można uzyskać, rozważając strukturę atomowo-krystaliczną metali. Wyjaśnia wszystkie cechy i właściwości tych związków.
W układzie okresowym dla metali większość całej tablicy jest przydzielona, ponieważ tworzą one wszystkie drugorzędne podgrupy i główne od pierwszej do trzeciej grupy. Dlatego ich przewaga liczebna jest oczywista. Najczęstsze to:
- wapń;
- sód;
- tytan;
- żelazko;
- magnez;
- aluminium;
- potas.
Wszystkie metale mają szereg właściwości, które pozwalają na łączenie ich w jedną dużą grupę substancji. Z kolei to struktura krystaliczna metali wyjaśnia te właściwości.
Właściwości metali
Do szczególnych właściwości rozważanych substancji należą:
- Metalowy połysk. Posiadają go wszyscy przedstawiciele prostych substancji, a większość z nich ma ten sam srebrno-biały kolor. Tylko kilka (złoto, miedź, stopy) jest różnych.
- Plastyczność i plastyczność - zdolność do łatwego odkształcania i regeneracji. Dla różnych przedstawicieli wyraża się to w różnym stopniu.
- Przewodność elektryczna i cieplna jest jedną z głównych właściwości, które określają zakres metalu i jego stopów.
Struktura krystaliczna metali i stopów wyjaśnia przyczynę każdej ze wskazanych właściwości i mówi o ich dotkliwości w każdym konkretnym przedstawicielu. Znając cechy takiej struktury, można wpłynąć na właściwości próbki i dostosować ją do pożądanych parametrów, co ludzie robili od wielu dziesięcioleci.
Atomowa struktura krystaliczna metali
Czym jest taka konstrukcja, czym się charakteryzuje? Sama nazwa sugeruje, że wszystkie metale są kryształami w stanie stałym, czyli w normalnych warunkach (z wyjątkiem rtęci, która jest cieczą). Czym jest kryształ?
To jest warunkowy obraz graficzny zbudowany przez skrzyżowanie wyimaginowanych linii przez atomy, które tworzą linię ciała. Innymi słowy, każdy metal składa się z atomów. Znajdują się w nim nie przypadkowo, ale bardzo regularnie i konsekwentnie. Więc jeśli mentalniepołącz wszystkie te cząsteczki w jedną strukturę, uzyskasz piękny obraz w postaci regularnej geometrycznej bryły o dowolnym kształcie.
To jest tak zwana sieć krystaliczna metalu. Jest bardzo złożony i przestrzennie obszerny, dlatego dla uproszczenia nie jest pokazany cały, a tylko część, elementarną komórkę. Zbiór takich komórek, zebranych razem i odbitych w trójwymiarowej przestrzeni, tworzy sieci krystaliczne. Chemia, fizyka i metaloznawstwo to nauki, które badają cechy strukturalne takich struktur.
Sama komórka elementarna to zbiór atomów, które znajdują się w pewnej odległości od siebie i koordynują wokół siebie ściśle ustaloną liczbę innych cząstek. Charakteryzuje się gęstością upakowania, odległością między strukturami składowymi oraz liczbą koordynacyjną. Ogólnie wszystkie te parametry są charakterystyczne dla całego kryształu, a zatem odzwierciedlają właściwości, jakie wykazuje metal.
Istnieje kilka odmian sieci krystalicznych. Wszystkich łączy jedna cecha – w węzłach znajdują się atomy, a wewnątrz chmura gazu elektronowego, która powstaje w wyniku swobodnego ruchu elektronów wewnątrz kryształu.
Rodzaje sieci krystalicznych
Czternaście opcji struktury siatki zwykle łączy się w trzy główne typy. Są one następujące:
- Skoncentrowany na ciele sześcian.
- Sześciokątne ciasno upakowane.
- Wyśrodkowany na twarzy sześcienny.
Strukturę krystaliczną metali badano dopiero za pomocą mikroskopii elektronowej, kiedy stało się możliwe uzyskanie dużych powiększenia obrazów. A klasyfikacja rodzajów sieci została po raz pierwszy wprowadzona przez francuskiego naukowca Bravais, którego imieniem są czasami nazywane.
Krata skoncentrowana na ciele
Struktura sieci krystalicznej metali tego typu jest następująca. To jest sześcian, w którego węzłach znajduje się osiem atomów. Kolejna znajduje się w centrum wolnej przestrzeni wewnętrznej komórki, co wyjaśnia nazwę „skoncentrowana na ciele”.
Jest to jeden z wariantów najprostszej budowy komórki elementarnej, a więc całej sieci jako całości. Następujące metale mają ten typ:
- molibden;
- wanad;
- chrome;
- mangan;
- żelazo alfa;
- betta-iron i inne.
Główne właściwości takich przedstawicieli to wysoki stopień ciągliwości i ciągliwości, twardość i wytrzymałość.
Krata wyśrodkowana na twarzy
Struktura krystaliczna metali z sześcienną siatką skoncentrowaną na powierzchni jest następującą strukturą. To sześcian, który zawiera czternaście atomów. Osiem z nich tworzy węzły kratowe, a sześć kolejnych znajduje się po jednym na każdej ścianie.
Mają podobną strukturę:
- aluminium;
- nikiel;
- lead;
- żelazko gamma;
- miedź.
Główne właściwości wyróżniające - połyskróżne kolory, lekkość, wytrzymałość, ciągliwość, zwiększona odporność na korozję.
Krata sześciokątna
Struktura krystaliczna metali z tego rodzaju siecią jest następująca. Komórka elementarna oparta jest na sześciokątnym pryzmacie. W jej węzłach znajduje się 12 atomów, dwa kolejne u podstawy, a trzy atomy swobodnie leżą w przestrzeni w środku konstrukcji. Łącznie siedemnaście atomów.
Metale takie jak:
mają podobną złożoną konfigurację
- alfa tytan;
- magnez;
- alfa kob alt;
- cynk.
Główne właściwości - wysoka wytrzymałość, silny srebrny połysk.
Defekty w strukturze krystalicznej metali
Jednak wszystkie rozważane typy komórek mogą mieć naturalne wady, czyli tak zwane defekty. Może to wynikać z różnych przyczyn: obcych atomów i zanieczyszczeń w metalach, wpływów zewnętrznych i innych.
Dlatego istnieje klasyfikacja, która odzwierciedla defekty, jakie mogą mieć sieci krystaliczne. Chemia jako nauka bada każdy z nich w celu zidentyfikowania przyczyny i rozwiązania, tak aby właściwości materiału nie uległy zmianie. Tak więc wady są następujące.
- Punkt. Występują w trzech głównych typach: wakatach, zanieczyszczeniach lub przemieszczonych atomach. Prowadzą do pogorszenia właściwości magnetycznych metalu, jego przewodności elektrycznej i cieplnej.
- Liniowy lub przemieszczenie. Przydziel brzeg i śrubę. Pogorszyć wytrzymałość i jakość materiału.
- Powierzchniawady. Wpływają na wygląd i strukturę metali.
Obecnie opracowano metody eliminacji defektów i uzyskania czystych kryształów. Jednak nie można ich całkowicie wyeliminować, idealna sieć krystaliczna nie istnieje.
Wartość wiedzy o strukturze krystalicznej metali
Z powyższego materiału jasno wynika, że znajomość drobnej struktury i struktury umożliwia przewidywanie właściwości materiału i wpływanie na nie. A to pozwala ci zajmować się nauką chemii. Klasa 9 szkoły ogólnokształcącej koncentruje się na nauczeniu uczniów jasnego zrozumienia znaczenia podstawowego łańcucha logicznego: kompozycja - struktura - właściwości - zastosowanie.
Informacje o strukturze krystalicznej metali bardzo wyraźnie ilustrują tę zależność i pozwalają nauczycielowi jasno wyjaśnić i pokazać dzieciom, jak ważna jest znajomość drobnej struktury metali, aby prawidłowo i kompetentnie wykorzystać wszystkie właściwości.
