Et af de mest almindelige materialer, som folk altid har foretrukket at arbejde med, har været metal. I hver æra blev der givet fortrinsret til forskellige typer af disse fantastiske stoffer. Så IV-III årtusinder f. Kr. anses for at være Chalcoliths tidsalder eller kobber. Senere erstattes det af bronze, og så den, der stadig er aktuel i dag - jern træder i kraft.
I dag er det generelt svært at forestille sig, at det engang var muligt at undvære metalprodukter, fordi næsten alt, lige fra husholdningsartikler, medicinske instrumenter og slutter med tungt og let udstyr, består af dette materiale eller inkluderer separate dele ud af ham. Hvorfor lykkedes det metaller at opnå en sådan popularitet? Hvad er funktionerne, og hvordan det er iboende i deres struktur, lad os prøve at finde ud af det yderligere.
Generelt begreb for metaller
"Kemi. Grade 9" er en lærebog, derskolebørn lærer. Det er i det, at metaller studeres i detaljer. Betragtning af deres fysiske og kemiske egenskaber er viet til et stort kapitel, fordi deres mangfoldighed er ekstremt stor.
Det er fra denne alder, at det anbefales at give børn en idé om disse atomer og deres egenskaber, fordi teenagere allerede fuldt ud kan forstå værdien af sådan viden. De ser perfekt, at mangfoldigheden af genstande, maskiner og andre ting omkring dem er baseret på en metallisk natur.
Hvad er metal? Fra et kemisynspunkt er det sædvanligt at henvise til disse atomer som dem, der har:
- et lille antal elektroner i det ydre niveau;
- vis stærke genoprettende egenskaber;
- have en stor atomradius;
- hvordan simple stoffer har en række specifikke fysiske egenskaber.
Grundlaget for viden om disse stoffer kan opnås ved at overveje metallers atom-krystalstruktur. Den forklarer alle disse forbindelsers egenskaber og egenskaber.
I det periodiske system for metaller er det meste af hele tabellen tildelt, fordi de danner alle sekundære undergrupper og de vigtigste fra den første til den tredje gruppe. Derfor er deres numeriske overlegenhed indlysende. De mest almindelige er:
- calcium;
- natrium;
- titanium;
- jern;
- magnesium;
- aluminium;
- kalium.
Alle metaller har en række egenskaber, der gør, at de kan kombineres til én stor gruppe af stoffer. Til gengæld er det krystalstrukturen af metaller, der forklarer disse egenskaber.
Egenskaber af metaller
De specifikke egenskaber for de undersøgte stoffer omfatter følgende.
- Metalglans. Alle repræsentanter for simple stoffer besidder det, og de fleste af dem har den samme sølv-hvide farve. Kun nogle få (guld, kobber, legeringer) er forskellige.
- Formbarhed og plasticitet - evnen til at deformere og komme sig let nok. For forskellige repræsentanter er det udtrykt i forskelligt omfang.
- Elektrisk og termisk ledningsevne er en af de vigtigste egenskaber, der bestemmer omfanget af metallet og dets legeringer.
Krystalstrukturen af metaller og legeringer forklarer årsagen til hver af de angivne egenskaber og taler om deres sværhedsgrad i hver enkelt repræsentant. Hvis du kender funktionerne i en sådan struktur, så kan du påvirke prøvens egenskaber og justere den til de ønskede parametre, hvilket folk har gjort i mange årtier.
Atomisk krystalstruktur af metaller
Hvad er sådan en struktur, hvad er den kendetegnet ved? Selve navnet antyder, at alle metaller er krystaller i fast tilstand, det vil sige under normale forhold (undtagen kviksølv, som er en væske). Hvad er en krystal?
Dette er et betinget grafisk billede, der er konstrueret ved at krydse imaginære linjer gennem de atomer, der er på linje med kroppen. Med andre ord består hvert metal af atomer. De er placeret i det ikke tilfældigt, men meget regelmæssigt og konsekvent. Så hvis ment altkombinere alle disse partikler i én struktur, får du et smukt billede i form af et regulært geometrisk legeme af enhver form.
Dette er det, der kaldes metallets krystalgitter. Det er meget komplekst og rumligt omfangsrigt, derfor er det for nemheds skyld ikke vist det hele, men kun en del, en elementær celle. Sættet af sådanne celler, bragt sammen og reflekteret i tredimensionelt rum, danner krystalgitter. Kemi, fysik og metalvidenskab er videnskaber, der studerer de strukturelle træk ved sådanne strukturer.
Den elementære celle i sig selv er et sæt atomer, der er placeret i en vis afstand fra hinanden og koordinerer et strengt fastsat antal andre partikler omkring dem. Det er kendetegnet ved pakningstætheden, afstanden mellem de konstituerende strukturer og koordinationsnummeret. Generelt er alle disse parametre karakteristiske for hele krystallen og afspejler derfor de egenskaber, som metallet udviser.
Der er flere varianter af krystalgitter. Alle er forenet af et træk - der er atomer i knudepunkterne, og indeni er der en sky af elektrongas, som er dannet af elektronernes frie bevægelse inde i krystallen.
Typer af krystalgitter
Fjorten muligheder for strukturen af gitteret er norm alt kombineret i tre hovedtyper. De er som følger:
- Kropscentreret kubisk.
- Sekskantet tætpakket.
- Ansigtscentreret kubisk.
Krystalstrukturen af metaller blev kun undersøgt gennem elektronmikroskopi, da det blev muligt at opnå store forstørrelser af billeder. Og klassificeringen af typerne af gitter blev først introduceret af den franske videnskabsmand Bravais, ved hvis navn de nogle gange kaldes.
Kropscentreret gitter
Strukturen af krystalgitteret af metaller af denne type er følgende struktur. Dette er en terning, ved knudepunkterne, hvor der er otte atomer. En anden er placeret i midten af det frie indre rum i cellen, hvilket forklarer navnet "kropscentreret".
Dette er en af varianterne af den enkleste struktur af den elementære celle, og dermed hele gitteret som helhed. Følgende metaller har denne type:
- molybdæn;
- vanadium;
- chrome;
- mangan;
- alfajern;
- betta-jern og andre.
De vigtigste egenskaber ved sådanne repræsentanter er en høj grad af formbarhed og duktilitet, hårdhed og styrke.
Ansigtscentreret gitter
Krystalstrukturen af metaller med et fladecentreret kubisk gitter er følgende struktur. Dette er en terning, som indeholder fjorten atomer. Otte af dem danner gitterknuderne, og seks mere er placeret en på hver side.
De har en lignende struktur:
- aluminium;
- nikkel;
- lead;
- gammajern;
- kobber.
Vigtigste karakteristiske egenskaber - glansforskellige farver, lethed, styrke, formbarhed, øget modstandsdygtighed over for korrosion.
Sekskantet gitter
Krystalstrukturen af metaller med denne type gitter er som følger. Den elementære celle er baseret på et sekskantet prisme. Der er 12 atomer i dets noder, to mere ved baserne og tre atomer ligger frit inde i rummet i midten af strukturen. Sytten atomer i alt.
Metaler såsom:
har en lignende kompleks konfiguration
- alpha titan;
- magnesium;
- alfakobolt;
- zink.
Hovedegenskaber - høj styrke, stærk sølvglans.
Defekter i metals krystalstruktur
Alle betragtede typer celler kan dog have naturlige fejl eller såkaldte defekter. Dette kan skyldes forskellige årsager: fremmede atomer og urenheder i metaller, ydre påvirkninger og andre.
Derfor er der en klassifikation, der afspejler de defekter, som krystalgitre kan have. Kemi som videnskab studerer hver af dem for at identificere årsagen og afhjælpningen, så materialets egenskaber ikke ændres. Så defekterne er som følger.
- Punkt. De findes i tre hovedtyper: tomrum, urenheder eller forskudte atomer. De fører til en forringelse af metallets magnetiske egenskaber, dets elektriske og termiske ledningsevne.
- Lineær eller dislokation. Tildel marginal og skru. Forring materialets styrke og kvalitet.
- Overfladedefekter. Påvirker udseendet og strukturen af metaller.
I øjeblikket er der udviklet metoder til at eliminere defekter og opnå rene krystaller. De kan dog ikke udryddes fuldstændigt, det ideelle krystalgitter eksisterer ikke.
Værdien af viden om metallers krystalstruktur
Ud fra ovenstående materiale er det indlysende, at viden om den fine struktur og struktur gør det muligt at forudsige materialets egenskaber og påvirke dem. Og dette giver dig mulighed for at gøre videnskaben om kemi. 9. klasse på en almen uddannelsesskole fokuserer på at lære eleverne en klar forståelse af vigtigheden af den grundlæggende logiske kæde: sammensætning - struktur - egenskaber - anvendelse.
Information om metallers krystalstruktur illustrerer dette forhold meget tydeligt og giver læreren mulighed for tydeligt at forklare og vise børn, hvor vigtigt det er at kende den fine struktur for at kunne bruge alle egenskaber korrekt og kompetent.
