Viena iš labiausiai paplitusių medžiagų, su kuria žmonės visada mieliau dirbo, buvo metalas. Kiekvienoje epochoje pirmenybė buvo teikiama skirtingoms šių nuostabių medžiagų rūšims. Taigi IV-III tūkstantmečiai prieš Kristų laikomi chalkolito arba vario amžiumi. Vėliau ją pakeičia bronza, o tada įsigalioja ir šiandien aktuali – geležis.
Šiandien apskritai sunku įsivaizduoti, kad kažkada buvo galima apsieiti be metalo gaminių, nes beveik viskas, nuo namų apyvokos daiktų, medicinos instrumentų ir baigiant sunkia ir lengva įranga, susideda iš šios medžiagos arba turi atskiras dalis. iš jo. Kodėl metalai sugebėjo įgyti tokį populiarumą? Kokios yra funkcijos ir kaip tai būdinga jų struktūrai, pabandykime tai išsiaiškinti toliau.
Bendra metalų samprata
"Chemija. 9 klasė" yra vadovėlis, kurisbesimokantys moksleiviai. Būtent jame metalai yra išsamiai tiriami. Jų fizinės ir cheminės savybės yra skirtos dideliam skyriui, nes jų įvairovė yra labai didelė.
Būtent nuo šio amžiaus vaikams rekomenduojama duoti idėją apie šiuos atomus ir jų savybes, nes paaugliai jau gali visiškai įvertinti tokių žinių vertę. Jie puikiai mato, kad aplink juos esančių daiktų, mašinų ir kitų dalykų įvairovė yra pagrįsta metaline prigimtimi.
Kas yra metalas? Chemijos požiūriu įprasta šiuos atomus vadinti tais, kurie turi:
- mažas elektronų skaičius išoriniame lygyje;
- parodyti stiprias atkuriamąsias savybes;
- turi didelį atominį spindulį;
- kaip paprastos medžiagos turi daug specifinių fizinių savybių.
Žinių apie šias medžiagas pagrindą galima gauti įvertinus metalų atominę-kristalinę struktūrą. Jame paaiškinamos visos šių junginių savybės ir savybės.
Periodinėje metalų sistemoje skiriama didžioji dalis visos lentelės, nes jie sudaro visus antrinius pogrupius ir pagrindinius nuo pirmos iki trečios grupės. Todėl jų skaitinis pranašumas yra akivaizdus. Dažniausiai yra:
- kalcis;
- natris;
- titanas;
- geležis;
- magnis;
- aliuminis;
- kalis.
Visi metalai turi daugybę savybių, leidžiančių juos sujungti į vieną didelę medžiagų grupę. Savo ruožtu šias savybes paaiškina metalų kristalinė struktūra.
Metalų savybės
Konkrečios nagrinėjamų medžiagų savybės yra šios.
- Metalinis blizgesys. Jį turi visi paprastų medžiagų atstovai, dauguma jų turi tą pačią sidabro b altumo spalvą. Tik keletas (aukso, vario, lydinių) skiriasi.
- Kalumas ir plastiškumas – galimybė pakankamai lengvai deformuotis ir atsistatyti. Skirtingiems atstovams jis išreiškiamas skirtingu mastu.
- Elektros ir šilumos laidumas yra viena iš pagrindinių savybių, lemiančių metalo ir jo lydinių taikymo sritį.
Metalų ir lydinių kristalinė struktūra paaiškina kiekvienos nurodytos savybės priežastis ir kalba apie jų sunkumą kiekvienam konkrečiam atstovui. Jei žinote tokios struktūros ypatybes, tuomet galite daryti įtaką pavyzdžio savybėms ir pritaikyti ją norimiems parametrams, ką žmonės darė daugelį dešimtmečių.
Metalų atominė kristalinė struktūra
Kas yra tokia struktūra, kuo ji pasižymi? Pats pavadinimas rodo, kad visi metalai yra kietos būsenos kristalai, tai yra normaliomis sąlygomis (išskyrus gyvsidabrį, kuris yra skystis). Kas yra kristalas?
Tai sąlyginis grafinis vaizdas, sukurtas kertant įsivaizduojamas linijas per atomus, kurie išrikiuoja kūną. Kitaip tariant, kiekvienas metalas sudarytas iš atomų. Jie jame išsidėstę ne atsitiktinai, o labai reguliariai ir nuosekliai. Taigi, jei psichiškaisujungdami visas šias daleles į vieną struktūrą, gausite gražų vaizdą kaip taisyklingą bet kokios formos geometrinį kūną.
Tai yra vadinamoji metalo kristalinė gardelė. Jis yra labai sudėtingas ir erdvus, todėl paprastumo dėlei rodomas ne visas, o tik dalis, elementari ląstelė. Tokių ląstelių rinkinys, suburtas ir atsispindėjęs trimatėje erdvėje, sudaro kristalines groteles. Chemija, fizika ir metalo mokslas yra mokslai, tiriantys tokių struktūrų struktūrines ypatybes.
Pati elementari ląstelė yra atomų, išsidėsčiusių tam tikru atstumu vienas nuo kito ir koordinuojančių griežtai fiksuotą skaičių aplink save esančių kitų dalelių, rinkinys. Jam būdingas pakavimo tankis, atstumas tarp sudedamųjų konstrukcijų ir koordinavimo numeris. Apskritai visi šie parametrai būdingi visam kristalui, todėl atspindi metalo savybes.
Yra keletas kristalų gardelių rūšių. Visus juos vienija viena savybė – mazguose yra atomai, o viduje elektronų dujų debesis, susidarantis laisvai elektronams judant kristalo viduje.
Kristolinių gardelių tipai
Keturiolika gardelės struktūros variantų paprastai sujungiami į tris pagrindinius tipus. Jie yra tokie:
- Kubinis dydis į kūną.
- Šešiakampis sandarus.
- Kubinis į veidą.
Metalų kristalinė struktūra buvo ištirta tik elektroniniu mikroskopu, kai tapo įmanoma gauti didelius vaizdų padidinimus. O grotelių tipų klasifikaciją pirmasis įvedė prancūzų mokslininkas Bravais, kurio vardu jos kartais vadinamos.
Į kūną orientuota grotelė
Šio tipo metalų kristalinės gardelės struktūra yra tokia. Tai kubas, kurio mazguose yra aštuoni atomai. Kitas yra laisvos vidinės ląstelės erdvės centre, paaiškinantis pavadinimą „centruotas į kūną“.
Tai vienas iš paprasčiausios elementarios ląstelės, taigi ir visos gardelės, struktūros variantų. Šio tipo metalai yra šie:
- molibdenas;
- vanadium;
- chromas;
- manganas;
- alfa geležis;
- betta-iron ir kt.
Pagrindinės tokių atstovų savybės yra didelis plastiškumas ir plastiškumas, kietumas ir stiprumas.
Į veidą orientuota grotelė
Metalų, turinčių į paviršių nukreiptą kubinę gardelę, kristalų struktūra yra tokia. Tai kubas, kurį sudaro keturiolika atomų. Aštuoni iš jų sudaro gardelės mazgus, o dar šeši yra po vieną kiekviename paviršiuje.
Jų struktūra panaši:
- aliuminis;
- nikelis;
- lead;
- gama geležis;
- varis.
Pagrindinės skiriamosios savybės – blizgesysskirtingos spalvos, lengvumas, stiprumas, lankstumas, padidintas atsparumas korozijai.
Šešiakampė grotelė
Metalų su tokio tipo gardelėmis kristalinė struktūra yra tokia. Elementarioji ląstelė yra paremta šešiakampe prizme. Jo mazguose yra 12 atomų, dar du – prie pagrindų ir trys atomai laisvai guli erdvės viduje struktūros centre. Iš viso septyniolika atomų.
Metalai, tokie kaip:
turi panašią sudėtingą konfigūraciją
- alfa titanas;
- magnis;
- alfa kob altas;
- cinkas.
Pagrindinės savybės – didelis tvirtumas, stiprus sidabro blizgesys.
Metalų kristalinės struktūros defektai
Tačiau visų tipų ląstelės gali turėti natūralių trūkumų arba vadinamųjų defektų. Taip gali būti dėl įvairių priežasčių: pašalinių atomų ir priemaišų metaluose, išorinio poveikio ir kt.
Todėl yra klasifikacija, kuri atspindi defektus, kuriuos gali turėti kristalinės gardelės. Chemija kaip mokslas tiria kiekvieną iš jų, siekdama nustatyti priežastį ir ištaisyti, kad medžiagos savybės nepasikeistų. Taigi defektai yra tokie.
- Taškas. Jie būna trijų pagrindinių tipų: laisvos vietos, priemaišos arba išstumti atomai. Dėl jų pablogėja metalo magnetinės savybės, jo elektros ir šilumos laidumas.
- Tiesioji arba dislokacija. Paskirstykite kraštinę ir varžtą. Sumažinti medžiagos stiprumą ir kokybę.
- Paviršiusdefektai. Įtakoja metalų išvaizdą ir struktūrą.
Šiuo metu yra sukurti metodai, kaip pašalinti defektus ir gauti grynus kristalus. Tačiau jų negalima visiškai išnaikinti, idealios kristalinės gardelės neegzistuoja.
Žinių apie metalų kristalinę struktūrą vertė
Iš aukščiau pateiktos medžiagos akivaizdu, kad smulkios struktūros ir struktūros žinojimas leidžia numatyti medžiagos savybes ir joms daryti įtaką. Ir tai leidžia jums atlikti chemijos mokslą. Bendrojo lavinimo mokyklos 9 klasėje pagrindinis dėmesys skiriamas mokiniams aiškiai suprasti pagrindinės loginės grandinės svarbą: kompozicija – struktūra – savybės – taikymas.
Informacija apie metalų kristalinę struktūrą labai aiškiai iliustruoja šį ryšį ir leidžia mokytojui aiškiai paaiškinti bei parodyti vaikams, kaip svarbu žinoti smulkiąją struktūrą, norint teisingai ir kompetentingai panaudoti visas savybes.
