Jedan od najčešćih materijala s kojima su ljudi oduvijek radije radili bio je metal. U svakoj eri prednost je davana različitim vrstama ovih nevjerovatnih supstanci. Dakle, IV-III milenijume pre nove ere smatraju se dobom halkolita, odnosno bakra. Kasnije ga zamjenjuje bronza, a onda na snagu stupa ona koja je i danas aktuelna - gvožđe.
Danas je općenito teško zamisliti da se nekada moglo bez metalnih proizvoda, jer se gotovo sve, od predmeta za domaćinstvo, medicinskih instrumenata pa do teške i lake opreme, sastoji od ovog materijala ili uključuje posebne dijelove. od njega. Zašto su metali uspjeli steći toliku popularnost? Koje su karakteristike i kako je to svojstveno njihovoj strukturi, hajde da pokušamo dalje da to shvatimo.
Opći koncept metala
"Hemija. 9. razred" je udžbenik kojiškolarci uče. U njemu se metali detaljno proučavaju. Razmatranju njihovih fizičkih i hemijskih svojstava posvećeno je veliko poglavlje, jer je njihova raznolikost izuzetno velika.
Od ovog uzrasta se preporučuje da se djeci daje predstavu o ovim atomima i njihovim svojstvima, jer tinejdžeri već mogu u potpunosti cijeniti vrijednost takvog znanja. Oni savršeno vide da je raznolikost objekata, mašina i drugih stvari oko njih zasnovana na metalnoj prirodi.
Šta je metal? Sa stanovišta hemije, uobičajeno je da se ti atomi nazivaju oni koji imaju:
- mali broj elektrona na vanjskom nivou;
- pokažite snažna svojstva obnavljanja;
- imaju veliki atomski radijus;
- kako jednostavne supstance imaju niz specifičnih fizičkih svojstava.
Osnova znanja o ovim supstancama može se dobiti razmatranjem atomsko-kristalne strukture metala. Objašnjava sve karakteristike i svojstva ovih jedinjenja.
U periodičnom sistemu za metale izdvaja se najveći deo cele tabele, jer čine sve sekundarne podgrupe i glavne od prve do treće grupe. Stoga je njihova brojčana superiornost očigledna. Najčešći su:
- kalcijum;
- sodium;
- titanijum;
- iron;
- magnezijum;
- aluminij;
- kalijum.
Svi metali imaju niz svojstava koja im omogućavaju da se kombinuju u jednu veliku grupu supstanci. Zauzvrat, kristalna struktura metala objašnjava ova svojstva.
Svojstva metala
Specifična svojstva supstanci koje se razmatraju uključuju sljedeće.
- Sjaj metala. Posjeduju ga svi predstavnici jednostavnih supstanci, a većina ih ima istu srebrno-bijelu boju. Samo nekoliko (zlato, bakar, legure) se razlikuju.
- Savitljivost i plastičnost - sposobnost da se deformiše i oporavi dovoljno lako. Za različite predstavnike to je izraženo u različitoj mjeri.
- Električna i toplotna provodljivost je jedno 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 karakteristike takve strukture, onda možete uticati na svojstva uzorka i prilagoditi ga željenim parametrima, što ljudi rade već decenijama.
Atomska kristalna struktura metala
Šta je takva struktura, čime se odlikuje? Sam naziv sugeriše da su svi metali kristali u čvrstom stanju, odnosno u normalnim uslovima (osim žive, koja je tečnost). Šta je kristal?
Ovo je uslovna grafička slika konstruisana ukrštanjem zamišljenih linija kroz atome koji se poređaju po telu. Drugim riječima, svaki metal se sastoji od atoma. U njemu se nalaze ne nasumično, već vrlo redovno i dosljedno. Dakle, ako mentalnokombinujući sve ove čestice u jednu strukturu, dobijate prelepu sliku u obliku pravilnog geometrijskog tela bilo kog oblika.
Ovo je ono što se zove kristalna rešetka metala. Vrlo je složena i prostorno obimna, stoga, radi jednostavnosti, nije prikazana sva, već samo dio, elementarna ćelija. Skup takvih ćelija, spojenih i reflektovanih u trodimenzionalnom prostoru, formira kristalne rešetke. Hemija, fizika i nauka o metalu su nauke koje proučavaju strukturne karakteristike takvih struktura.
Sama elementarna ćelija je skup atoma koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog i koordiniraju striktno fiksni broj drugih čestica oko sebe. Karakterizira ga gustina 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 njih objedinjuje jedna karakteristika - u čvorovima se nalaze atomi, a unutra je oblak elektronskog gasa, koji nastaje slobodnim kretanjem elektrona unutar kristala.
Vrste kristalnih rešetki
Četrnaest opcija za strukturu rešetke obično se kombinuju u tri glavna tipa. Oni su sljedeći:
- Cubic u središtu tijela.
- Heksagonalno upakirano.
- Cubic centrirana na lice.
Kristalna struktura metala proučavana je samo putem elektronske mikroskopije, kada je postalo moguće dobiti velika uvećanja slika. A klasifikaciju tipova rešetki prvi je uveo francuski naučnik Bravais, po čijem se imenu ponekad nazivaju.
rešetka usmjerena na tijelo
Struktura kristalne rešetke metala ovog tipa je sljedeća struktura. Ovo je kocka u čijim se čvorovima nalazi osam atoma. Drugi se nalazi u centru slobodnog unutrašnjeg 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;
- vanadijum;
- chrome;
- mangan;
- alpha iron;
- betta-iron i drugi.
Glavna svojstva ovakvih predstavnika su visok stepen savitljivosti i duktilnosti, tvrdoća i čvrstoća.
rešetka centrirana na lice
Kristalna struktura metala koji imaju kubičnu rešetku usmjerenu na lice je sljedeća struktura. Ovo je kocka, koja uključuje četrnaest atoma. Osam od njih formira 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 sa ovom vrstom rešetke je sljedeća. Osnovna ćelija je zasnovana na heksagonalnoj prizmi. U njegovim čvorovima ima 12 atoma, još dva u bazama i tri atoma slobodno leže unutar prostora u centru strukture. Ukupno sedamnaest atoma.
Metali kao što su:
imaju sličnu složenu konfiguraciju
- alpha titan;
- magnezijum;
- alfa kob alt;
- cink.
Glavna svojstva - visoka čvrstoća, jak srebrni sjaj.
Defekti u kristalnoj strukturi metala
Međutim, sve razmatrane vrste ćelija mogu imati prirodne nedostatke, ili takozvane defekte. To može biti zbog različitih razloga: stranih atoma i nečistoća u metalima, vanjskih utjecaja i drugih.
Stoga, postoji klasifikacija koja odražava defekte koje kristalne rešetke mogu imati. Hemija kao nauka proučava svaku od njih kako bi identificirala uzrok i lijek kako se svojstva materijala ne bi promijenila. Dakle, nedostaci su sljedeći.
- Point. Dolaze u tri glavne vrste: slobodna mjesta, nečistoće ili dislocirani atomi. Oni dovode do pogoršanja magnetnih svojstava metala, njegove električne i toplotne provodljivosti.
- Linearni ili dislokacijski. Dodijelite marginalni i vijak. Smanjite snagu i kvalitet materijala.
- Surfacedefekti. Utječe na izgled i strukturu metala.
Trenutno su razvijene metode za uklanjanje nedostataka i dobijanje čistih kristala. Međutim, oni se ne mogu potpuno iskorijeniti, idealna kristalna rešetka ne postoji.
Vrijednost znanja o kristalnoj strukturi metala
Iz gore navedenog materijala, očigledno je da poznavanje fine strukture i strukture omogućava predviđanje svojstava materijala i uticaj na njih. A to vam omogućava da se bavite naukom o hemiji. 9. razred opšteobrazovne škole fokusira se na podučavanje učenika jasnom razumijevanju važnosti osnovnog logičkog lanca: sastav - struktura - svojstva - primjena.
Informacije o kristalnoj strukturi metala vrlo jasno ilustruju ovaj odnos i omogućavaju učitelju da jasno objasni i pokaže djeci koliko je važno poznavati finu strukturu kako bi se sva svojstva pravilno i kompetentno koristila.
