Unul dintre cele mai comune materiale cu care oamenii au preferat întotdeauna să lucreze a fost metalul. În fiecare epocă, s-a acordat preferință diferitelor tipuri de aceste substanțe uimitoare. Deci, mileniile IV-III î. Hr. sunt considerate a fi epoca Calcolitului, sau a cuprului. Ulterior este înlocuit de bronz, iar apoi cel care este și astăzi de actualitate - fierul intră în vigoare.
Astăzi este în general greu de imaginat că cândva era posibil să se facă fără produse metalice, deoarece aproape totul, de la articole de uz casnic, instrumente medicale și până la echipamente grele și ușoare, constă din acest material sau include piese separate. de el. De ce au reușit metalele să câștige atâta popularitate? Care sunt caracteristicile și cum sunt acestea inerente structurii lor, să încercăm să ne dăm seama mai departe.
Conceptul general al metalelor
„Chimie. Clasa 9” este un manual careşcolarii învaţă. În el, metalele sunt studiate în detaliu. Luarea în considerare a proprietăților lor fizice și chimice este dedicată unui capitol amplu, deoarece diversitatea lor este extrem de mare.
De la această vârstă este recomandat să le oferi copiilor o idee despre acești atomi și proprietățile lor, deoarece adolescenții pot aprecia deja pe deplin valoarea unor astfel de cunoștințe. Ei văd perfect că varietatea de obiecte, mașini și alte lucruri din jurul lor se bazează pe o natură metalică.
Ce este metalul? Din punct de vedere al chimiei, se obișnuiește să ne referim la acești atomi ca fiind cei care au:
- un număr mic de electroni la nivelul exterior;
- arata proprietati puternice de restaurare;
- au o rază atomică mare;
- cum substanțele simple au o serie de proprietăți fizice specifice.
Baza cunoștințelor despre aceste substanțe poate fi obținută prin luarea în considerare a structurii atomo-cristaline a metalelor. Acesta explică toate caracteristicile și proprietățile acestor compuși.
În sistemul periodic pentru metale, cea mai mare parte a întregului tabel este alocată, deoarece acestea formează toate subgrupele secundare și pe cele principale de la prima la a treia grupă. Prin urmare, superioritatea lor numerică este evidentă. Cele mai frecvente sunt:
- calciu;
- sodiu;
- titan;
- fier;
- magneziu;
- aluminiu;
- potasiu.
Toate metalele au o serie de proprietăți care le permit să fie combinate într-un grup mare de substanțe. La rândul său, structura cristalină a metalelor este cea care explică aceste proprietăți.
Proprietățile metalelor
Proprietățile specifice ale substanțelor luate în considerare includ următoarele.
- Strălucire metalică. Toți reprezentanții substanțelor simple îl posedă și majoritatea au aceeași culoare alb-argintie. Doar câteva (aur, cupru, aliaje) sunt diferite.
- Maleabilitatea și plasticitatea - capacitatea de a se deforma și de a se recupera destul de ușor. Pentru diferiți reprezentanți, este exprimat într-o măsură diferită.
- Conductivitatea electrică și termică este una dintre principalele proprietăți care determină scopul metalului și aliajelor sale.
Structura cristalină a metalelor și aliajelor explică motivul fiecăreia dintre proprietățile indicate și vorbește despre severitatea lor în fiecare reprezentant particular. Dacă cunoașteți caracteristicile unei astfel de structuri, atunci puteți influența proprietățile eșantionului și îl puteți ajusta la parametrii doriti, ceea ce oamenii fac de multe decenii.
Structura cristalină atomică a metalelor
Ce este o astfel de structură, prin ce se caracterizează? Numele în sine sugerează că toate metalele sunt cristale în stare solidă, adică în condiții normale (cu excepția mercurului, care este un lichid). Ce este un cristal?
Aceasta este o imagine grafică condiționată construită prin încrucișarea liniilor imaginare prin atomii care aliniază corpul. Cu alte cuvinte, fiecare metal este format din atomi. Ele sunt localizate în el nu la întâmplare, ci foarte regulat și consecvent. Deci, dacă mentalcombinați toate aceste particule într-o singură structură, obțineți o imagine frumoasă sub forma unui corp geometric obișnuit de orice formă.
Aceasta este ceea ce se numește rețeaua cristalină a metalului. Este foarte complexă și voluminoasă din punct de vedere spațial, prin urmare, pentru simplitate, nu este prezentată în totalitate, ci doar o parte, o celulă elementară. Setul de astfel de celule, reunite și reflectate în spațiul tridimensional, formează rețele cristaline. Chimia, fizica și știința metalelor sunt științe care studiază caracteristicile structurale ale unor astfel de structuri.
Celula elementară în sine este un set de atomi care sunt localizați la o anumită distanță unul de celăl alt și coordonează un număr strict fix de alte particule în jurul lor. Se caracterizează prin densitatea de ambalare, distanța dintre structurile constitutive și numărul de coordonare. În general, toți acești parametri sunt o caracteristică a întregului cristal și, prin urmare, reflectă proprietățile prezentate de metal.
Există mai multe varietăți de rețele cristaline. Toate sunt unite printr-o singură trăsătură - există atomi în noduri, iar în interior există un nor de electroni gazos, care se formează prin mișcarea liberă a electronilor în interiorul cristalului.
Tipuri de rețele cristaline
Paisprezece opțiuni pentru structura rețelei sunt de obicei combinate în trei tipuri principale. Acestea sunt după cum urmează:
- Cubic centrat pe corp.
- Hexagonale împachetate.
- cubic centrat pe față.
Structura cristalină a metalelor a fost studiată doar prin microscopie electronică, când a devenit posibilă obținerea unor mari măriri ale imaginilor. Iar clasificarea tipurilor de zăbrele a fost introdusă pentru prima dată de omul de știință francez Bravais, sub al cărui nume sunt uneori numite.
Zarele centrate pe corp
Structura rețelei cristaline a metalelor de acest tip este următoarea structură. Acesta este un cub, la nodurile căruia se află opt atomi. Un altul este situat în centrul spațiului intern liber al celulei, ceea ce explică numele „centrat pe corp”.
Aceasta este una dintre variantele celei mai simple structuri a celulei elementare și, prin urmare, întreaga rețea în ansamblu. Următoarele metale au acest tip:
- molibden;
- vanadiu;
- chrome;
- mangan;
- fier de călcat alfa;
- betta-fier și altele.
Principalele proprietăți ale unor astfel de reprezentanți sunt un grad ridicat de maleabilitate și ductilitate, duritate și rezistență.
Zare centrată pe față
Structura cristalină a metalelor având o rețea cubică centrată pe față este următoarea structură. Acesta este un cub, care include paisprezece atomi. Opt dintre ele formează nodurile rețelei și încă șase sunt situate câte una pe fiecare față.
Au o structură similară:
- aluminiu;
- nichel;
- lead;
- fier de calcat gamma;
- cupru.
Principalele proprietăți distinctive - strălucirediferite culori, ușurință, rezistență, maleabilitate, rezistență crescută la coroziune.
Zare hexagonală
Structura cristalină a metalelor cu acest tip de rețea este următoarea. Celula elementară se bazează pe o prismă hexagonală. Există 12 atomi în nodurile sale, încă doi la baze și trei atomi se află liber în spațiul din centrul structurii. Şaptesprezece atomi în total.
Metale precum:
au o configurație complexă similară
- alpha titan;
- magneziu;
- alpha cob alt;
- zinc.
Proprietăți principale - rezistență ridicată, luciu argintiu puternic.
Defecte ale structurii cristaline a metalelor
Totuși, toate tipurile de celule considerate pot avea defecte naturale sau așa-numitele defecte. Acest lucru se poate datora diverselor motive: atomi străini și impurități din metale, influențe externe și altele.
De aceea, există o clasificare care reflectă defectele pe care le pot avea rețelele cristaline. Chimia ca știință le studiază pe fiecare pentru a identifica cauza și remediul, astfel încât proprietățile materialului să nu fie modificate. Deci defectele sunt după cum urmează.
- Punct. Ele vin în trei tipuri principale: vacante, impurități sau atomi dislocați. Acestea duc la o deteriorare a proprietăților magnetice ale metalului, a conductivității sale electrice și termice.
- Liniară sau dislocare. Alocați marginal și șurub. Degradează rezistența și calitatea materialului.
- Suprafațădefecte. Afectează aspectul și structura metalelor.
În prezent, au fost dezvoltate metode pentru eliminarea defectelor și obținerea de cristale pure. Cu toate acestea, ele nu pot fi eradicate complet, rețeaua cristalină ideală nu există.
Valoarea cunoștințelor despre structura cristalină a metalelor
Din materialul de mai sus, este evident că cunoașterea structurii și structurii fine face posibilă prezicerea proprietăților materialului și influențarea acestora. Și acest lucru vă permite să faceți știința chimiei. Clasa a 9-a a unei școli de învățământ general se concentrează pe predarea elevilor o înțelegere clară a importanței lanțului logic fundamental: compoziție - structură - proprietăți - aplicare.
Informațiile despre structura cristalină a metalelor ilustrează foarte clar această relație și permit profesorului să explice clar și să le arate copiilor cât de important este să cunoască structura fină pentru a utiliza corect și competent toate proprietățile.
