Един от най-често срещаните материали, с които хората винаги са предпочитали да работят, е металът. Във всяка епоха се дава предпочитание на различни видове тези удивителни вещества. И така, IV-III хилядолетия пр. н. е. се считат за епохата на халколита, или медта. По-късно той се заменя с бронз, а след това влиза в сила този, който е актуален и днес - желязото.
Днес по принцип е трудно да си представим, че някога е било възможно да се прави без метални изделия, защото почти всичко, от предмети за бита, медицински инструменти и завършва с тежко и леко оборудване, се състои от този материал или включва отделни части негов. Защо металите успяха да спечелят такава популярност? Какви са характеристиките и как е присъщо на тяхната структура, нека се опитаме да разберем по-нататък.
Обща концепция за металите
"Химия. 9 клас" е учебник, койтоученици учат. Именно в него металите се изучават подробно. Разглеждането на техните физични и химични свойства е посветено на голяма глава, тъй като тяхното разнообразие е изключително голямо.
Именно от тази възраст се препоръчва да се даде на децата представа за тези атоми и техните свойства, защото тийнейджърите вече могат напълно да оценят стойността на тези знания. Те отлично виждат, че разнообразието от предмети, машини и други неща около тях се основава на метална природа.
Какво е метал? От гледна точка на химията е обичайно да се наричат тези атоми като тези, които имат:
- малък брой електрони във външното ниво;
- показва силни възстановяващи свойства;
- имат голям атомен радиус;
- как простите вещества имат редица специфични физични свойства.
Основата на знанията за тези вещества може да бъде получена чрез разглеждане на атомно-кристалната структура на металите. Той обяснява всички характеристики и свойства на тези съединения.
В периодичната система за метали се разпределя по-голямата част от цялата таблица, тъй като те образуват всички вторични подгрупи и основните от първа до трета група. Следователно тяхното числено превъзходство е очевидно. Най-често срещаните са:
- калций;
- натрий;
- титан;
- iron;
- магнезий;
- алуминий;
- калий.
Всички метали имат редица свойства, които им позволяват да бъдат комбинирани в една голяма група вещества. От своя страна кристалната структура на металите обяснява тези свойства.
Свойства на метали
Специфичните свойства на разглежданите вещества включват следното.
- Метален блясък. Всички представители на простите вещества го притежават и повечето от тях имат същия сребристо-бял цвят. Само няколко (злато, мед, сплави) са различни.
- Податливост и пластичност - способността да се деформира и възстановява достатъчно лесно. За различните представители се изразява в различна степен.
- Електрическата и топлопроводимостта е едно от основните свойства, които определят обхвата на метала и неговите сплави.
Кристалната структура на металите и сплавите обяснява причината за всяко от посочените свойства и говори за тежестта им при всеки отделен представител. Ако знаете характеристиките на такава структура, тогава можете да повлияете на свойствата на пробата и да я настроите към желаните параметри, което хората правят от много десетилетия.
Атомна кристална структура на метали
Каква е такава структура, с какво се характеризира? Самото име подсказва, че всички метали са кристали в твърдо състояние, тоест при нормални условия (с изключение на живака, който е течност). Какво е кристал?
Това е условно графично изображение, изградено чрез пресичане на въображаеми линии през атомите, които подреждат тялото. С други думи, всеки метал е изграден от атоми. Те са разположени в него не произволно, а много редовно и последователно. Така че, ако психическикомбинирайте всички тези частици в една структура, получавате красиво изображение под формата на правилно геометрично тяло с всякаква форма.
Това се нарича кристална решетка на метала. Той е много сложен и пространствено обемен, следователно за простота не е показан целият, а само част, елементарна клетка. Съвкупността от такива клетки, събрани и отразени в триизмерно пространство, образува кристални решетки. Химията, физиката и науката за металите са науки, които изучават структурните особености на такива структури.
Самата елементарна клетка е набор от атоми, които са разположени на определено разстояние един от друг и координират строго фиксиран брой други частици около тях. Характеризира се с плътността на опаковката, разстоянието между съставните структури и координационния номер. Като цяло, всички тези параметри са характеристика на целия кристал и следователно отразяват свойствата, проявявани от метала.
Има няколко разновидности на кристални решетки. Всички те са обединени от една особеност - има атоми във възлите, а вътре има облак от електронен газ, който се образува от свободното движение на електрони вътре в кристала.
Видове кристални решетки
Четиринадесет варианта за структурата на решетката обикновено се комбинират в три основни типа. Те са както следва:
- Центриран кубик.
- Шестоъгълна плътно опакована.
- Центриран по лицето куб.
Кристалната структура на металите беше изследвана само чрез електронна микроскопия, когато стана възможно да се получат големи увеличения на изображенията. А класификацията на видовете решетки е въведена за първи път от френския учен Браве, с чието име понякога се наричат.
Центирана по тялото решетка
Структурата на кристалната решетка на метали от този тип е следната структура. Това е куб, в чиито възли има осем атома. Друго се намира в центъра на свободното вътрешно пространство на клетката, което обяснява името "центрирано върху тялото".
Това е един от вариантите на най-простата структура на елементарната клетка, а оттам и на цялата решетка като цяло. Следните метали имат този тип:
- молибден;
- ванадий;
- chrome;
- манган;
- алфа желязо;
- betta-iron и други.
Основните свойства на такива представители са висока степен на ковкост и пластичност, твърдост и здравина.
Центирана по лицето решетка
Кристалната структура на метали с лицево-центрирана кубична решетка е следната структура. Това е куб, който включва четиринадесет атома. Осем от тях образуват решетъчните възли, а още шест са разположени по един на всяко лице.
Те имат подобна структура:
- алуминий;
- никел;
- водещ;
- гама желязо;
- мед.
Основни отличителни свойства - блясъкразлични цветове, лекота, здравина, ковкост, повишена устойчивост на корозия.
Шестоъгълна решетка
Кристалната структура на металите с този тип решетка е както следва. Елементарната клетка се основава на шестоъгълна призма. В неговите възли има 12 атома, още два в основите и три атома свободно лежат в пространството в центъра на структурата. Общо седемнадесет атома.
Метали като:
имат подобна сложна конфигурация
- алфа титан;
- магнезий;
- алфа кобалт;
- цинк.
Основни свойства - висока якост, силен сребърен блясък.
Дефекти в кристалната структура на металите
Въпреки това, всички разглеждани типове клетки може да имат естествени недостатъци или така наречените дефекти. Това може да се дължи на различни причини: чужди атоми и примеси в метали, външни влияния и други.
Следователно има класификация, която отразява дефектите, които кристалните решетки могат да имат. Химията като наука изучава всеки от тях, за да идентифицира причината и средството за отстраняване, така че свойствата на материала да не се променят. Така че дефектите са както следва.
- Точка. Те се предлагат в три основни типа: свободни места, примеси или дислокирани атоми. Те водят до влошаване на магнитните свойства на метала, неговата електрическа и топлопроводимост.
- Линеен или дислокационен. Разпределете маргинал и винт. Влошаване на здравината и качеството на материала.
- Повърхностдефекти. Влияе на външния вид и структурата на металите.
В момента са разработени методи за отстраняване на дефекти и получаване на чисти кристали. Те обаче не могат да бъдат напълно изкоренени, идеалната кристална решетка не съществува.
Стойността на знанието за кристалната структура на металите
От горния материал е очевидно, че познаването на фината структура и структура дава възможност да се предскажат свойствата на материала и да се повлияят върху тях. И това ви позволява да се занимавате с наука химия. 9 клас на общообразователно училище се фокусира върху обучението на учениците на ясно разбиране на важността на фундаменталната логическа верига: състав - структура - свойства - приложение.
Информацията за кристалната структура на металите илюстрира много ясно тази връзка и позволява на учителя ясно да обясни и покаже на децата колко е важно да познават фината структура, за да могат правилно и компетентно да използват всички свойства.
