Ett av de vanligaste materialen som människor alltid har föredragit att arbeta med har varit metall. I varje era gavs företräde åt olika typer av dessa fantastiska ämnen. Så IV-III årtusenden f. Kr. anses vara Chalcoliths eller kopparåldern. Senare ersätts det av brons, och sedan den som är aktuell än idag – järn träder i kraft.
Idag är det generellt svårt att föreställa sig att det en gång var möjligt att klara sig utan metallprodukter, eftersom nästan allt, från hushållsartiklar, medicinska instrument och slutar med tung och lätt utrustning, består av detta material eller innehåller separata delar. av honom. Varför lyckades metaller vinna sådan popularitet? Vad är funktionerna och hur det är inneboende i deras struktur, låt oss försöka ta reda på det ytterligare.
Allmänt begrepp för metaller
"Kemi. Betyg 9" är en lärobok somskolbarn lär sig. Det är i det som metaller studeras i detalj. Beaktandet av deras fysikaliska och kemiska egenskaper ägnas åt ett stort kapitel, eftersom deras mångfald är extremt stor.
Det är från denna ålder som det rekommenderas att ge barn en uppfattning om dessa atomer och deras egenskaper, eftersom tonåringar redan till fullo kan uppskatta värdet av sådan kunskap. De ser perfekt att mångfalden av föremål, maskiner och andra saker runt dem är baserade på en metallisk natur.
Vad är metall? Ur kemisynpunkt är det vanligt att hänvisa till dessa atomer som de som har:
- ett litet antal elektroner i den yttre nivån;
- visa starka återställande egenskaper;
- ha en stor atomradie;
- hur enkla ämnen har ett antal specifika fysikaliska egenskaper.
Kunskapsbasen om dessa ämnen kan erhållas genom att beakta metallernas atomkristallstruktur. Den förklarar alla egenskaper och egenskaper hos dessa föreningar.
I det periodiska systemet för metaller är större delen av hela tabellen allokerad, eftersom de bildar alla sekundära undergrupper och de viktigaste från den första till den tredje gruppen. Därför är deras numeriska överlägsenhet uppenbar. De vanligaste är:
- kalcium;
- natrium;
- titanium;
- järn;
- magnesium;
- aluminium;
- kalium.
Alla metaller har ett antal egenskaper som gör att de kan kombineras till en stor grupp av ämnen. I sin tur är det kristallstrukturen hos metaller som förklarar dessa egenskaper.
Egenskaper hos metaller
De specifika egenskaperna hos ämnena som övervägs inkluderar följande.
- Metalglans. Alla representanter för enkla ämnen har det, och de flesta av dem har samma silvervita färg. Endast ett fåtal (guld, koppar, legeringar) är olika.
- Formbarhet och plasticitet - förmågan att deformeras och återhämta sig tillräckligt enkelt. För olika representanter uttrycks det i olika utsträckning.
- Elektrisk och värmeledningsförmåga är en av huvudegenskaperna som bestämmer omfattningen av metallen och dess legeringar.
Kristallstrukturen hos metaller och legeringar förklarar orsaken till var och en av de angivna egenskaperna och talar om deras svårighetsgrad i varje enskild representant. Om du känner till egenskaperna hos en sådan struktur kan du påverka egenskaperna hos provet och justera det till önskade parametrar, vilket människor har gjort i många decennier.
Atomisk kristallstruktur av metaller
Vad är en sådan struktur, vad kännetecknas den av? Namnet i sig antyder att alla metaller är kristaller i fast tillstånd, det vill säga under normala förhållanden (förutom kvicksilver, som är en vätska). Vad är en kristall?
Detta är en villkorlig grafisk bild som är konstruerad genom att korsa imaginära linjer genom atomerna som är i linje med kroppen. Med andra ord, varje metall består av atomer. De finns inte slumpmässigt i den, utan väldigt regelbundet och konsekvent. Så, om ment altkombinera alla dessa partiklar till en struktur får du en vacker bild i form av en vanlig geometrisk kropp av vilken form som helst.
Detta är vad som kallas metallens kristallgitter. Det är mycket komplext och rumsligt voluminöst, därför visas inte allt för enkelhetens skull, utan bara en del, en elementär cell. Uppsättningen av sådana celler, sammanförda och reflekterade i tredimensionellt utrymme, bildar kristallgitter. Kemi, fysik och metallvetenskap är vetenskaper som studerar de strukturella egenskaperna hos sådana strukturer.
Själva elementarcellen är en uppsättning atomer som är belägna på ett visst avstånd från varandra och koordinerar ett strikt fast antal andra partiklar runt dem. Den kännetecknas av packningsdensiteten, avståndet mellan de ingående strukturerna och koordinationsnumret. I allmänhet är alla dessa parametrar ett kännetecken för hela kristallen och återspeglar därför de egenskaper som metallen uppvisar.
Det finns flera varianter av kristallgitter. Alla är förenade av en egenskap - det finns atomer i noderna, och inuti finns ett moln av elektrongas, som bildas av den fria rörelsen av elektroner inuti kristallen.
Typer av kristallgitter
Fjorton alternativ för strukturen av gallret kombineras vanligtvis i tre huvudtyper. De är följande:
- Body-Centered Cubic.
- Hexagonal tätt packad.
- Ansiktscentrerad kubik.
Kristallstrukturen hos metaller studerades endast genom elektronmikroskopi, när det blev möjligt att få fram stora förstoringar av bilder. Och klassificeringen av typerna av gitter introducerades först av den franske vetenskapsmannen Bravais, under vars namn de ibland kallas.
Kroppscentrerat gitter
Strukturen av kristallgittret för metaller av denna typ är följande struktur. Detta är en kub, vid vars noder det finns åtta atomer. En annan är belägen i mitten av cellens fria inre utrymme, vilket förklarar namnet "kroppscentrerad".
Detta är en av varianterna av den enklaste strukturen av den elementära cellen, och därmed hela gittret som helhet. Följande metaller har denna typ:
- molybden;
- vanadium;
- chrome;
- mangan;
- alfajärn;
- betta-järn och andra.
De huvudsakliga egenskaperna hos sådana representanter är en hög grad av formbarhet och duktilitet, hårdhet och styrka.
Ansiktscentrerat galler
Kristallstrukturen hos metaller som har ett ytcentrerat kubiskt gitter är följande struktur. Detta är en kub, som innehåller fjorton atomer. Åtta av dem bildar gitternoderna, och sex till finns en på varje sida.
De har en liknande struktur:
- aluminium;
- nickel;
- lead;
- gammajärn;
- koppar.
Huvudsakliga utmärkande egenskaper - glansolika färger, lätthet, styrka, formbarhet, ökad motståndskraft mot korrosion.
Hexagon alt galler
Kristallstrukturen för metaller med denna typ av gitter är som följer. Den elementära cellen är baserad på ett hexagon alt prisma. Det finns 12 atomer i dess noder, två till vid baserna och tre atomer ligger fritt inuti utrymmet i mitten av strukturen. Tot alt sjutton atomer.
Metaller som:
har en liknande komplex konfiguration
- alpha titan;
- magnesium;
- alfakobolt;
- zink.
Huvudegenskaper - hög hållfasthet, stark silverglans.
Defekter i metallers kristallstruktur
Men alla övervägda typer av celler kan ha naturliga brister, eller så kallade defekter. Detta kan bero på olika orsaker: främmande atomer och föroreningar i metaller, yttre påverkan och andra.
Därför finns det en klassificering som speglar de defekter som kristallgitter kan ha. Kemi som vetenskap studerar var och en av dem för att identifiera orsaken och bota så att materialets egenskaper inte förändras. Så defekterna är som följer.
- Point. De finns i tre huvudtyper: vakanser, föroreningar eller dislokerade atomer. De leder till en försämring av metallens magnetiska egenskaper, dess elektriska och termiska ledningsförmåga.
- Linjär eller dislokation. Tilldela marginal och skruva. Försämra styrkan och kvaliteten på materialet.
- Ytadefekter. Påverka utseendet och strukturen hos metaller.
För närvarande har metoder utvecklats för att eliminera defekter och få rena kristaller. De kan dock inte utrotas helt, det ideala kristallgittret finns inte.
Värdet av kunskap om metallers kristallstruktur
Av ovanstående material är det uppenbart att kunskap om finstrukturen och strukturen gör det möjligt att förutsäga materialets egenskaper och påverka dem. Och detta låter dig göra vetenskapen om kemi. Årskurs 9 i en allmän skola fokuserar på att lära eleverna en tydlig förståelse för vikten av den grundläggande logiska kedjan: sammansättning - struktur - egenskaper - tillämpning.
Information om metallers kristallstruktur illustrerar detta förhållande mycket tydligt och låter läraren tydligt förklara och visa barn hur viktigt det är att känna till den fina strukturen för att korrekt och kompetent använda alla egenskaper.
