Jedan od najčešćih materijala s kojima su ljudi oduvijek radije radili bio je metal. U svakoj eri davala se prednost različitim vrstama ovih nevjerojatnih tvari. Dakle, IV-III tisućljeća prije Krista smatraju se dobom halkolita, odnosno bakra. Kasnije ga zamjenjuje bronca, a onda na snagu stupa ona koja je i danas aktualna - željezo.
Danas je općenito teško zamisliti da se nekada moglo bez metalnih proizvoda, jer se gotovo sve, od kućanskih potrepština, medicinskih instrumenata pa do teške i lake opreme, sastoji od ovog materijala ili uključuje zasebne dijelove. od njega. Zašto su metali uspjeli steći takvu popularnost? Koje su značajke i kako je to svojstveno njihovoj strukturi, pokušajmo to dalje shvatiti.
Opći koncept metala
"Kemija. 9. razred" je udžbenik kojiškolarci uče. U njemu se detaljno proučavaju metali. Razmatranju njihovih fizičkih i kemijskih svojstava posvećeno je veliko poglavlje, jer je njihova raznolikost iznimno velika.
Od tog uzrasta preporuča se djeci dati predodžbu o tim atomima i njihovim svojstvima, jer tinejdžeri već mogu u potpunosti cijeniti vrijednost takvog znanja. Oni savršeno vide da se raznolikost predmeta, strojeva i drugih stvari oko njih temelji na metalnoj prirodi.
Što je metal? Sa stajališta kemije, uobičajeno je te atome nazivati onima koji imaju:
- mali broj elektrona na vanjskoj razini;
- pokazuju snažna obnavljajuća svojstva;
- imaju veliki atomski radijus;
- kako jednostavne tvari imaju niz specifičnih fizičkih svojstava.
Osnova znanja o ovim tvarima može se dobiti razmatranjem atomsko-kristalne strukture metala. Objašnjava sve značajke i svojstva ovih spojeva.
U periodnom sustavu za metale izdvaja se najveći dio cijele tablice, jer čine sve sekundarne podskupine i glavne od prve do treće skupine. Stoga je njihova brojčana superiornost očita. Najčešći su:
- kalcij;
- natrij;
- titan;
- iron;
- magnezij;
- aluminij;
- kalij.
Svi metali imaju niz svojstava koja im omogućuju da se kombiniraju u jednu veliku skupinu tvari. Zauzvrat, kristalna struktura metala objašnjava ta svojstva.
Svojstva metala
Specifična svojstva tvari koje se razmatraju uključuju sljedeće.
- Sjaj metala. Posjeduju ga svi predstavnici jednostavnih tvari, a većina ih ima istu srebrno-bijelu boju. Samo nekoliko (zlato, bakar, legure) se razlikuju.
- Savitljivost i plastičnost - sposobnost dovoljno lakog deformiranja i oporavka. Za različite predstavnike to je izraženo u različitoj mjeri.
- Električna i toplinska vodljivost jedno je od glavnih svojstava koja određuju opseg metala i njegovih legura.
Kristalna struktura metala i legura objašnjava razloge za svako od navedenih svojstava i govori o njihovoj ozbiljnosti kod svakog pojedinog predstavnika. Ako poznajete značajke takve strukture, tada možete utjecati na svojstva uzorka i prilagoditi ga željenim parametrima, što ljudi rade već desetljećima.
Atomska kristalna struktura metala
Što je takva struktura, čime se odlikuje? Sam naziv sugerira da su svi metali kristali u čvrstom stanju, odnosno u normalnim uvjetima (osim žive, koja je tekućina). Što je kristal?
Ovo je uvjetna grafička slika konstruirana križanjem imaginarnih linija kroz atome koji postrojavaju tijelo. Drugim riječima, svaki metal se sastoji od atoma. U njemu se nalaze ne nasumično, već vrlo redovito i dosljedno. Dakle, ako psihičkispojite sve ove čestice u jednu strukturu, dobit ćete prekrasnu sliku u obliku pravilnog geometrijskog tijela bilo kojeg oblika.
Ovo je ono što se zove kristalna rešetka metala. Vrlo je složena i prostorno voluminozna, stoga, radi jednostavnosti, nije prikazana sva, nego samo dio, elementarna ćelija. Skup takvih stanica, spojenih i reflektiranih u trodimenzionalnom prostoru, tvori kristalne rešetke. Kemija, fizika i znanost o metalu su znanosti koje proučavaju strukturne značajke takvih struktura.
Sama elementarna stanica je skup atoma koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog i koordiniraju strogo fiksni broj drugih čestica oko sebe. Karakterizira ga gustoća pakiranja, udaljenost između sastavnih struktura i koordinacijski broj. Općenito, svi ovi parametri su karakteristika cijelog kristala i stoga odražavaju svojstva metala.
Postoji nekoliko varijanti kristalnih rešetki. Sve ih ujedinjuje jedna značajka - u čvorovima se nalaze atomi, a unutra je oblak plina elektrona koji nastaje slobodnim kretanjem elektrona unutar kristala.
Vrste kristalnih rešetki
Četrnaest opcija za strukturu rešetke obično se kombiniraju u tri glavne vrste. Oni su sljedeći:
- Cubic-centred.
- Šesterokutni zbijeno.
- kubik sa središtem lica.
Kristalna struktura metala proučavana je samo putem elektronske mikroskopije, kada je postalo moguće dobiti velika povećanja slika. A klasifikaciju vrsta rešetki prvi je uveo francuski znanstvenik Bravais, po čijem se imenu ponekad nazivaju.
rešetka usmjerena na tijelo
Struktura kristalne rešetke metala ove vrste je sljedeća struktura. Ovo je kocka na čijim se čvorovima nalazi osam atoma. Drugi se nalazi u središtu slobodnog unutarnjeg prostora ćelije, što objašnjava naziv "centrirano na tijelo".
Ovo je jedna od varijanti najjednostavnije strukture elementarne ćelije, a time i cijele rešetke u cjelini. Sljedeći metali imaju ovu vrstu:
- molibden;
- vanadij;
- chrome;
- mangan;
- alfa željezo;
- betta-iron i drugi.
Glavna svojstva takvih predstavnika su visoki stupanj savitljivosti i duktilnosti, tvrdoća i čvrstoća.
rešetka usmjerena na lice
Kristalna struktura metala koji imaju kubičnu rešetku usmjerenu na lice je sljedeća struktura. Ovo je kocka, koja uključuje četrnaest atoma. Osam ih čini čvorove rešetke, a još šest se nalazi po jedan na svakoj strani.
Imaju sličnu strukturu:
- aluminij;
- nikl;
- olovo;
- gama željezo;
- bakar.
Glavna prepoznatljiva svojstva - sjajrazličite boje, lakoća, čvrstoća, savitljivost, povećana otpornost na koroziju.
Heksagonalna rešetka
Kristalna struktura metala s ovom vrstom rešetke je sljedeća. Elementarna ćelija temelji se na heksagonalnoj prizmi. U njegovim čvorovima ima 12 atoma, još dva u bazama i tri atoma slobodno leže unutar prostora u središtu strukture. Ukupno sedamnaest atoma.
Metali kao što su:
imaju sličnu složenu konfiguraciju
- alfa titan;
- magnezij;
- alfa kob alt;
- cink.
Glavna svojstva - visoka čvrstoća, jak srebrni sjaj.
Defekti u kristalnoj strukturi metala
Međutim, sve razmatrane vrste stanica mogu imati prirodne nedostatke ili takozvane nedostatke. To može biti zbog različitih razloga: stranih atoma i nečistoća u metalima, vanjskih utjecaja i drugih.
Stoga postoji klasifikacija koja odražava nedostatke koje kristalne rešetke mogu imati. Kemija kao znanost proučava svaku od njih kako bi identificirala uzrok i lijek kako se svojstva materijala ne bi promijenila. Dakle, nedostaci su sljedeći.
- Bod. Dolaze u tri glavne vrste: slobodna mjesta, nečistoće ili dislocirani atomi. Oni dovode do pogoršanja magnetskih svojstava metala, njegove električne i toplinske vodljivosti.
- Linearno ili dislokacijsko. Dodijelite rubni i vijak. Smanjite snagu i kvalitetu materijala.
- Površinanedostatke. Utječe na izgled i strukturu metala.
Trenutno su razvijene metode za uklanjanje nedostataka i dobivanje čistih kristala. Međutim, ne mogu se potpuno iskorijeniti, idealna kristalna rešetka ne postoji.
Vrijednost znanja o kristalnoj strukturi metala
Iz gornjeg materijala očito je da poznavanje fine strukture i strukture omogućuje predviđanje svojstava materijala i utjecaj na njih. A to vam omogućuje da se bavite naukom o kemiji. 9. razred općeobrazovne škole usmjeren je na podučavanje učenika jasnom razumijevanju važnosti temeljnog logičkog lanca: sastav - struktura - svojstva - primjena.
Informacije o kristalnoj strukturi metala vrlo jasno ilustriraju ovaj odnos i omogućuju učitelju da jasno objasni i pokaže djeci koliko je važno poznavati finu strukturu kako bi se pravilno i kompetentno koristila sva svojstva.
