Yksi yleisimmistä materiaaleista, jonka kanssa ihmiset ovat aina halunneet työskennellä, on ollut metalli. Jokaisella aikakaudella etusija annettiin näiden hämmästyttävien aineiden eri tyypeille. Joten IV-III vuosituhatta eKr. pidetään Chalcolith- eli kuparin ikänä. Myöhemmin se korvataan pronssilla, ja sitten se, joka on edelleen ajankohtainen - rauta astuu voimaan.
Nykyään on yleensä vaikea kuvitella, että joskus olisi voinut tulla toimeen ilman metallituotteita, koska melkein kaikki, taloustavaroista, lääketieteellisistä instrumenteista raskaisiin ja kevyisiin laitteisiin, koostuu tästä materiaalista tai sisältää erilliset osat hänestä. Miksi metallit onnistuivat saavuttamaan niin suosion? Mitkä ovat ominaisuudet ja miten se liittyy niiden rakenteeseen, yritetään selvittää asiaa tarkemmin.
Yleinen metallikäsite
"Kemia. Luokka 9" on oppikirja, jokakoululaiset oppivat. Siinä metalleja tutkitaan yksityiskohtaisesti. Niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien tarkastelu on omistettu laajalle luvulle, koska niiden monimuotoisuus on erittäin suuri.
Tästä iästä lähtien on suositeltavaa antaa lapsille käsitys näistä atomeista ja niiden ominaisuuksista, koska teini-ikäiset voivat jo täysin ymmärtää tällaisen tiedon arvon. He näkevät täydellisesti, että heidän ympärillään olevien esineiden, koneiden ja muiden asioiden monimuotoisuus perustuu metalliseen luonteeseen.
Mikä on metalli? Kemian näkökulmasta näihin atomeihin on tapana viitata sellaisina, joilla on:
- pieni määrä elektroneja ulkotasolla;
- osoita vahvoja korjaavia ominaisuuksia;
- on suuri atomisäde;
- miten yksinkertaisilla aineilla on useita erityisiä fysikaalisia ominaisuuksia.
Näitä aineita koskeva tiedon perusta voidaan saada ottamalla huomioon metallien atomikiderakenne. Se selittää kaikki näiden yhdisteiden ominaisuudet.
Metallien jaksollisessa järjestelmässä suurin osa koko taulukosta on allokoitu, koska ne muodostavat kaikki toissijaiset alaryhmät ja pääryhmät ensimmäisestä kolmanteen ryhmään. Siksi niiden numeerinen ylivoima on ilmeinen. Yleisimmät ovat:
- kalsium;
- natrium;
- titaani;
- rauta;
- magnesium;
- alumiini;
- kalium.
Kaikilla metalleilla on useita ominaisuuksia, joiden ansiosta ne voidaan yhdistää yhdeksi suureksi aineryhmäksi. Metallien kiderakenne puolestaan selittää nämä ominaisuudet.
Metallien ominaisuudet
Tarkasteltavana olevien aineiden erityisominaisuuksiin kuuluvat seuraavat.
- Metallin kiiltoa. Kaikilla yksinkertaisten aineiden edustajilla on se, ja useimmilla niistä on sama hopeanvalkoinen väri. Vain muutamat (kulta, kupari, metalliseokset) ovat erilaisia.
- Muokattavuus ja plastisuus - kyky vääntyä ja palautua riittävän helposti. Eri edustajien kohdalla se ilmaistaan eri tavalla.
- Sähkön- ja lämmönjohtavuus on yksi tärkeimmistä ominaisuuksista, jotka määräävät metallin ja sen seosten laajuuden.
Metallien ja metalliseosten kiderakenne selittää jokaisen mainitun ominaisuuden syyn ja puhuu niiden vakavuudesta kussakin tietyssä edustajassa. Jos tunnet tällaisen rakenteen ominaisuudet, voit vaikuttaa näytteen ominaisuuksiin ja säätää sitä haluttuihin parametreihin, mitä ihmiset ovat tehneet vuosikymmeniä.
Metallien atomikiderakenne
Mikä tällainen rakenne on, mikä sille on ominaista? Nimi itsessään viittaa siihen, että kaikki metallit ovat kiteitä kiinteässä tilassa, eli normaaleissa olosuhteissa (paitsi elohopea, joka on nestemäinen). Mikä on kristalli?
Tämä on ehdollinen graafinen kuva, joka on rakennettu ylittämällä kuvitteellisia viivoja kehon rivissä olevien atomien läpi. Toisin sanoen jokainen metalli koostuu atomeista. Ne eivät sijaitse siinä satunnaisesti, vaan hyvin säännöllisesti ja johdonmukaisesti. Siis jos henkisestiyhdistämällä kaikki nämä hiukkaset yhdeksi rakenteeksi saat kauniin kuvan minkä tahansa muotoisen säännöllisen geometrisen kappaleen muodossa.
Tätä kutsutaan metallin kidehilaksi. Se on hyvin monimutkainen ja avaruudellisesti tilava, joten yksinkertaisuuden vuoksi sitä ei näytetä kaikkea, vaan vain osa, alkeissolu. Tällaisten solujen joukko, tuotuna yhteen ja heijastuneena kolmiulotteiseen avaruuteen, muodostaa kidehiloja. Kemia, fysiikka ja metallitiede ovat tieteitä, jotka tutkivat tällaisten rakenteiden rakenteellisia piirteitä.
Alkeissolu itsessään on joukko atomeja, jotka sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan ja koordinoivat ympärillään tiukasti kiinteää määrää muita hiukkasia. Sille on tunnusomaista pakkaustiheys, rakenneosien välinen etäisyys ja koordinaationumero. Yleensä kaikki nämä parametrit ovat ominaisia koko kiteelle ja heijastavat siksi metallin ominaisuuksia.
Kidehiloja on useita erilaisia. Niitä kaikkia yhdistää yksi ominaisuus - solmuissa on atomeja ja sisällä on elektronikaasupilvi, joka muodostuu elektronien vapaasta liikkeestä kiteen sisällä.
Kidehilan tyypit
Hilan rakenteen neljätoista vaihtoehtoa yhdistetään yleensä kolmeen päätyyppiin. Ne ovat seuraavat:
- Kehokeskeinen kuutio.
- Kuusikulmainen tiiviisti pakattu.
- Kasvokeskeinen kuutio.
Metallien kiderakennetta tutkittiin vasta elektronimikroskopialla, kun tuli mahdolliseksi saada suuria suurennoksia kuvista. Ja hilatyyppien luokittelun esitteli ensimmäisenä ranskalainen tiedemies Bravais, jonka nimellä niitä joskus kutsutaan.
Kehokeskeinen ristikko
Tällaisten metallien kidehilan rakenne on seuraava. Tämä on kuutio, jonka solmuissa on kahdeksan atomia. Toinen sijaitsee solun vapaan sisäisen tilan keskellä, mikä selittää nimen "body-centered".
Tämä on yksi muunnelmista alkeissolun yksinkertaisimmasta rakenteesta ja siten koko hilasta kokonaisuudessaan. Seuraavilla metalleilla on tämä tyyppi:
- molybdeeni;
- vanadium;
- kromi;
- mangaani;
- alfarauta;
- betta-rauta ja muut.
Tällaisten edustajien pääominaisuudet ovat korkea muokattavuus ja sitkeys, kovuus ja lujuus.
Kasvokeskeinen ristikko
Metallien, joissa on kasvokeskeinen kuutiohila, kiderakenne on seuraava rakenne. Tämä on kuutio, joka sisältää neljätoista atomia. Kahdeksan niistä muodostaa hilasolmut ja kuusi muuta sijaitsevat yksi kummallakin pinnalla.
Niillä on samanlainen rakenne:
- alumiini;
- nikkeli;
- lyijy;
- gammarauta;
- kupari.
Tärkeimmät erottavat ominaisuudet - kiiltoeri värit, keveys, lujuus, muokattavuus, lisääntynyt korroosionkestävyys.
Kuusikulmainen ristikko
Tällaisilla hilatyypeillä varustettujen metallien kiderakenne on seuraava. Alkeissolu perustuu kuusikulmaiseen prismaan. Sen solmuissa on 12 atomia, kaksi lisää emäksissä ja kolme atomia lepää vapaasti tilan sisällä rakenteen keskellä. Yhteensä seitsemäntoista atomia.
Metalleilla, kuten:
on samanlainen monimutkainen kokoonpano
- alfatitaani;
- magnesium;
- alfa-koboltti;
- sinkki.
Pääominaisuudet - korkea lujuus, vahva hopeakiilto.
Vikoja metallien kiderakenteessa
Kaikissa tarkasteluissa solutyypeissä voi kuitenkin olla luonnollisia puutteita tai niin kutsuttuja vikoja. Tämä voi johtua useista syistä: vieraista atomeista ja metallien epäpuhtauksista, ulkoisista vaikutuksista ja muista.
Siksi on olemassa luokitus, joka kuvastaa vikoja, joita kidehiloissa voi olla. Kemia tieteenä tutkii niitä jokaista tunnistaakseen syyn ja ratkaisun, jotta materiaalin ominaisuudet eivät muutu. Joten viat ovat seuraavat.
- Piste. Niitä on kolmea päätyyppiä: tyhjät paikat, epäpuhtaudet tai siirtyneet atomit. Ne johtavat metallin magneettisten ominaisuuksien, sen sähkön ja lämmönjohtavuuden heikkenemiseen.
- Lineaarinen tai dislokaatio. Kohdista marginaali ja ruuvi. Heikentää materiaalin lujuutta ja laatua.
- Pintavikoja. Vaikuttaa metallien ulkonäköön ja rakenteeseen.
Tällä hetkellä on kehitetty menetelmiä vikojen poistamiseksi ja puhtaiden kiteiden saamiseksi. Niitä ei kuitenkaan voida täysin hävittää, ihanteellinen kidehila ei ole olemassa.
Metallien kiderakennetta koskevan tiedon arvo
Yllä olevasta materiaalista on selvää, että hienon rakenteen ja rakenteen tunteminen mahdollistaa materiaalin ominaisuuksien ennustamisen ja niihin vaikuttamisen. Ja tämä antaa sinun tehdä kemian tieteen. Yleiskoulun luokka 9 keskittyy opettamaan oppilaille selkeää ymmärrystä perustavanlaatuisen loogisen ketjun tärkeydestä: koostumus - rakenne - ominaisuudet - sovellus.
Tieto metallien kiderakenteesta havainnollistaa tätä suhdetta erittäin selvästi ja antaa opettajalle mahdollisuuden selittää ja näyttää lapsille selkeästi, kuinka tärkeää on tuntea hieno rakenne, jotta kaikkia ominaisuuksia voidaan käyttää oikein ja asiantuntevasti.
