Üks levinumaid materjale, millega inimesed on alati eelistanud töötada, on olnud metall. Igal ajastul eelistati nende hämmastavate ainete erinevat tüüpi. Niisiis peetakse IV-III aastatuhandet eKr Chalcolithi ehk vase ajastuks. Hiljem asendub see pronksiga ja siis hakkab kehtima see, mis on aktuaalne ka tänapäeval – raud.
Tänapäeval on üldiselt raske ette kujutada, et kunagi sai ilma metalltoodeteta hakkama, sest peaaegu kõik, alates majapidamistarvetest, meditsiiniinstrumentidest ja lõpetades raskete ja kergete seadmetega, koosneb sellest materjalist või sisaldab eraldi osi. temast. Miks õnnestus metallidel niivõrd populaarsust koguda? Millised on funktsioonid ja kuidas see nende struktuurile omane on, proovime seda täpsem alt välja mõelda.
Metallide üldkontseptsioon
"Keemia. 9. klass" on õpik, miskoolilapsed õppimas. Just selles uuritakse metalle üksikasjalikult. Nende füüsikaliste ja keemiliste omaduste käsitlemine on pühendatud suurele peatükile, sest nende mitmekesisus on äärmiselt suur.
Just sellest vanusest alates on soovitatav anda lastele aimu nendest aatomitest ja nende omadustest, sest teismelised oskavad juba täielikult hinnata selliste teadmiste väärtust. Nad näevad suurepäraselt, et nende ümber olevate objektide, masinate ja muude asjade mitmekesisus põhineb metallilisusel.
Mis on metall? Keemia seisukoh alt on tavaks nimetada neid aatomeid, millel on:
- väike elektronide arv välistasandil;
- näidake tugevaid taastavaid omadusi;
- on suure aatomiraadiusega;
- kui lihtsatel ainetel on mitmeid spetsiifilisi füüsikalisi omadusi.
Teadmiste aluse nende ainete kohta saab, võttes arvesse metallide aatom-kristallstruktuuri. See selgitab kõiki nende ühendite omadusi ja omadusi.
Metallide perioodilises süsteemis eraldatakse suurem osa kogu tabelist, kuna need moodustavad kõik sekundaarsed alamrühmad ja peamised esimesest kuni kolmanda rühmani. Seetõttu on nende arvuline paremus ilmne. Kõige tavalisemad on:
- k altsium;
- naatrium;
- titaan;
- raud;
- magneesium;
- alumiinium;
- kaalium.
Kõigil metallidel on mitmeid omadusi, mis võimaldavad neid ühendada üheks suureks ainerühmaks. Neid omadusi seletab omakorda metallide kristallstruktuur.
Metallide omadused
Vaatatavate ainete spetsiifilised omadused hõlmavad järgmist.
- Metalli läige. Kõik lihtsate ainete esindajad omavad seda ja enamikul neist on sama hõbevalge värv. Ainult mõned (kuld, vask, sulamid) on erinevad.
- Tekitavus ja plastilisus – võime piisav alt kergesti deformeeruda ja taastuda. Erinevate esindajate puhul väljendatakse seda erineval määral.
- Elektri- ja soojusjuhtivus on üks peamisi omadusi, mis määrab metalli ja selle sulamite ulatuse.
Metallide ja sulamite kristallstruktuur selgitab iga näidatud omaduse põhjust ja räägib nende raskusastmest iga konkreetse esindaja puhul. Kui teate sellise struktuuri omadusi, saate mõjutada valimi omadusi ja kohandada seda soovitud parameetritega, mida inimesed on teinud juba aastakümneid.
Metallide aatomkristallstruktuur
Mis on selline struktuur, mis seda iseloomustab? Nimetus ise viitab sellele, et kõik metallid on tahkes olekus ehk tavatingimustes kristallid (välja arvatud elavhõbe, mis on vedelik). Mis on kristall?
See on tingimuslik graafiline kujutis, mis on koostatud kujuteldavate joonte ületamisel läbi keha joondavate aatomite. Teisisõnu, iga metall koosneb aatomitest. Need asuvad selles mitte juhuslikult, vaid väga korrapäraselt ja järjekindl alt. Nii et kui vaimseltühendades kõik need osakesed üheks struktuuriks, saad ilusa kujutise mis tahes kujuga korrapärase geomeetrilise keha kujul.
Seda nimetatakse metalli kristallvõreks. See on väga keeruline ja ruumiliselt mahukas, seetõttu pole lihtsuse mõttes näidatud mitte kõike, vaid ainult osa, elementaarrakk. Selliste rakkude kogum, mis on kokku viidud ja kolmemõõtmelises ruumis peegeldunud, moodustab kristallvõred. Keemia, füüsika ja metalliteadus on teadused, mis uurivad selliste struktuuride struktuurseid iseärasusi.
Elementaarrakk ise on aatomite kogum, mis paiknevad üksteisest teatud kaugusel ja koordineerivad enda ümber rangelt fikseeritud arvu teisi osakesi. Seda iseloomustab pakkimistihedus, koostisosade struktuuride vaheline kaugus ja koordineerimisnumber. Üldiselt on kõik need parameetrid kogu kristallile iseloomulikud ja peegeldavad seetõttu metalli omadusi.
Kristallvõresid on mitut sorti. Neid kõiki ühendab üks omadus - sõlmedes on aatomid ja sees elektrongaasipilv, mis tekib elektronide vabal liikumisel kristalli sees.
Kristallvõrede tüübid
Neliteist võre struktuuri varianti kombineeritakse tavaliselt kolmeks põhitüübiks. Need on järgmised:
- Kehakeskne kuup.
- Kuusnurkne tihed alt pakitud.
- Näokeskne kuup.
Metallide kristallstruktuuri uuriti alles elektronmikroskoopia abil, kui sai võimalikuks saada suuri kujutisi. Ja võretüüpide klassifikatsiooni tutvustas esmakordselt prantsuse teadlane Bravais, kelle nime järgi neid mõnikord nimetatakse.
Kehakeskne võre
Seda tüüpi metallide kristallvõre struktuur on järgmine. See on kuubik, mille sõlmedes on kaheksa aatomit. Veel üks asub lahtri vaba siseruumi keskel, mis seletab nime "kehakeskne".
See on elementaarlahtri ja seega ka kogu võre kui terviku lihtsaima struktuuri üks variante. Seda tüüpi on järgmised metallid:
- molübdeen;
- vanadium;
- chrome;
- mangaan;
- alfaraud;
- betta-raud ja teised.
Selliste esindajate peamised omadused on kõrge vormitavus ja elastsus, kõvadus ja tugevus.
Näokeskne võre
Pihakeskse kuupvõrega metallide kristallstruktuur on järgmine. See on kuubik, mis sisaldab neljateistkümnest aatomist. Neist kaheksa moodustavad võre sõlmed ja veel kuus asuvad mõlemal küljel.
Neil on sarnane struktuur:
- alumiinium;
- nikkel;
- lead;
- gammaraud;
- vask.
Peamised eristavad omadused – säraerinevad värvid, kergus, tugevus, vormitavus, suurem vastupidavus korrosioonile.
Kuusnurkne võre
Seda tüüpi võrega metallide kristallstruktuur on järgmine. Elementaarrakk põhineb kuusnurksel prismal. Selle sõlmedes on 12 aatomit, veel kaks aatomit alustes ja kolm aatomit asuvad vab alt struktuuri keskel olevas ruumis. Kokku seitseteist aatomit.
Metallid nagu:
on sarnase keerulise konfiguratsiooniga
- alfatitaan;
- magneesium;
- alfa-koob alt;
- tsink.
Peamised omadused – kõrge tugevus, tugev hõbedane läige.
Defektid metallide kristallstruktuuris
Samas võib kõigil vaadeldavatel rakkude tüüpidel olla loomulikke vigu või niinimetatud defekte. Selle põhjuseks võivad olla erinevad põhjused: võõraatomid ja lisandid metallides, välismõjud ja muud.
Seetõttu on olemas klassifikatsioon, mis kajastab vigu, mis kristallvõredel olla võivad. Keemia kui teadus uurib neid kõiki, et teha kindlaks põhjus ja abinõu, et materjali omadused ei muutuks. Seega on vead järgmised.
- Punkt. Neid on kolme peamist tüüpi: vabad kohad, lisandid või nihkunud aatomid. Need põhjustavad metalli magnetiliste omaduste ning selle elektri- ja soojusjuhtivuse halvenemist.
- Lineaarne ehk dislokatsioon. Määrake marginaal ja kruvi. Vähendage materjali tugevust ja kvaliteeti.
- Pinddefektid. Mõjutavad metallide välimust ja struktuuri.
Praegu on välja töötatud meetodid defektide kõrvaldamiseks ja puhaste kristallide saamiseks. Siiski ei saa neid täielikult välja juurida, ideaalset kristallvõre pole olemas.
Teadmiste väärtus metallide kristallstruktuuri kohta
Eelnimetatud materjalist on ilmne, et peenstruktuuri ja struktuuri tundmine võimaldab ennustada materjali omadusi ja neid mõjutada. Ja see võimaldab teil teha keemiateadusi. Üldhariduskooli 9. klass keskendub õpilastele selge arusaamise õpetamisele fundamentaalse loogilise ahela tähtsusest: koostis - struktuur - omadused - rakendus.
Teave metallide kristallstruktuuri kohta illustreerib seda seost väga selgelt ning võimaldab õpetajal selgelt selgitada ja näidata lastele, kui oluline on teada peenstruktuuri, et kõiki omadusi õigesti ja asjatundlikult kasutada.
