Az egyik leggyakoribb anyag, amellyel az emberek mindig is szívesebben dolgoztak, a fém volt. Minden korszakban előnyben részesítették ezeknek a csodálatos anyagoknak a különböző típusait. Tehát az ie IV-III. évezredet a Chalcolith vagy a réz korának tekintik. Később bronz váltja fel, majd lép életbe a ma is aktuális - a vas.
Ma általában nehéz elképzelni, hogy valaha meg lehetett volna nélkülözni a fémtermékeket, mert szinte minden, a háztartási cikkektől, orvosi műszerektől kezdve a nehéz és könnyű felszerelésekig ebből az anyagból áll, vagy különálló alkatrészeket tartalmaz tőle. Miért sikerült a fémeknek ekkora népszerűségre szert tenniük? Melyek a jellemzők és hogyan rejlik a szerkezetükben, próbáljuk meg kitalálni a továbbiakat.
A fémek általános fogalma
"Kémia. 9. osztály" egy olyan tankönyv, amelytanuló iskolások. Ebben tanulmányozzák részletesen a fémeket. Fizikai és kémiai tulajdonságaik vizsgálata egy nagy fejezetet szentel, mert sokféleségük rendkívül nagy.
Ettől a kortól ajánlott képet adni a gyerekeknek ezekről az atomokról és tulajdonságaikról, mert a tinédzserek már teljesen fel tudják mérni az ilyen tudás értékét. Tökéletesen látják, hogy az őket körülvevő tárgyak, gépek és egyéb dolgok sokfélesége a fémes természeten alapul.
Mi az a fém? A kémia szempontjából ezeket az atomokat szokás úgy emlegetni, mint amelyek:
- kis számú elektron a külső szinten;
- mutasson erős helyreállító tulajdonságokat;
- nagy atomsugárral rendelkezik;
- milyen egyszerű anyagoknak számos konkrét fizikai tulajdonsága van.
Ezekkel az anyagokkal kapcsolatos ismeretek alapját a fémek atomi-kristályos szerkezetének figyelembevételével nyerhetjük meg. Ez elmagyarázza ezeknek a vegyületeknek az összes jellemzőjét és tulajdonságait.
A fémek periódusos rendszerében a teljes táblázat nagy része le van osztva, mert ezek alkotják az összes másodlagos alcsoportot és a fő csoportokat az elsőtől a harmadik csoportig. Ezért számbeli fölényük nyilvánvaló. A leggyakoribbak:
- kalcium;
- nátrium;
- titán;
- vas;
- magnézium;
- alumínium;
- kálium.
Minden fémnek számos olyan tulajdonsága van, amelyek lehetővé teszik, hogy egyetlen nagy anyagcsoporttá egyesüljenek. A fémek kristályszerkezete magyarázza ezeket a tulajdonságokat.
Fémek tulajdonságai
A vizsgált anyagok sajátos tulajdonságai a következők.
- Fémfény. Az egyszerű anyagok minden képviselője rendelkezik vele, és legtöbbjük azonos ezüst-fehér színű. Csak néhány (arany, réz, ötvözetek) különbözik egymástól.
- Képlékenység és plaszticitás – elég könnyen deformálódni és helyreállni. A különböző képviselők esetében eltérő mértékben van kifejezve.
- Az elektromos és hővezető képesség az egyik fő tulajdonság, amely meghatározza a fém és ötvözeteinek hatókörét.
A fémek és ötvözetek kristályszerkezete megmagyarázza az egyes jelzett tulajdonságok okát, és minden egyes képviselőnél elmondja azok súlyosságát. Ha ismeri egy ilyen szerkezet jellemzőit, akkor befolyásolhatja a minta tulajdonságait és beállíthatja a kívánt paraméterekhez, amit az emberek sok évtizede csinálnak.
Fémek atomi kristályszerkezete
Mi egy ilyen szerkezet, mi jellemzi? Már maga az elnevezés is arra utal, hogy minden fém szilárd állapotban, azaz normál körülmények között kristály (kivéve a higanyt, amely folyékony). Mi az a kristály?
Ez egy feltételes grafikus kép, amely a testet sorakozó atomokon áthaladó képzeletbeli vonalak keresztezésével készült. Más szóval, minden fém atomokból áll. Nem véletlenszerűen helyezkednek el benne, hanem nagyon rendszeresen és következetesen. Szóval, ha mentálisanezeket a részecskéket egyetlen szerkezetbe egyesítve gyönyörű képet kapunk, bármilyen alakú szabályos geometriai test formájában.
Ez az, amit a fém kristályrácsának neveznek. Nagyon összetett és térben terjedelmes, ezért az egyszerűség kedvéért nem az egész látható, hanem csak egy része, egy elemi cella. Az ilyen cellák halmaza a háromdimenziós térben összefogva és visszaverődően kristályrácsokat alkot. A kémia, a fizika és a fémtudomány olyan tudományok, amelyek az ilyen szerkezetek szerkezeti jellemzőit tanulmányozzák.
Maga az elemi sejt atomok halmaza, amelyek egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el, és szigorúan meghatározott számú egyéb részecskét koordinálnak maguk körül. Jellemzője a tömörítési sűrűség, az alkotó szerkezetek közötti távolság és a koordinációs szám. Általában ezek a paraméterek az egész kristályra jellemzőek, és ezért a fém tulajdonságait tükrözik.
Többféle kristályrács létezik. Mindegyiket egy tulajdonság egyesíti - a csomópontokban atomok vannak, belül pedig egy elektrongázfelhő, amely a kristályon belüli elektronok szabad mozgásával jön létre.
A kristályrácsok típusai
Tizennégy opciót a rács szerkezetére általában három fő típusba kombinálnak. Ezek a következők:
- Testközpontú köbös.
- Hatszögletű, szorosan összecsomagolt.
- Arcközpontú köbös.
A fémek kristályszerkezetét csak elektronmikroszkóppal tanulmányozták, amikor lehetővé vált a képek nagy nagyítása. A rácsok típusainak osztályozását pedig először Bravais francia tudós vezette be, akinek nevén szokták nevezni őket.
Testközpontú rács
Az ilyen típusú fémek kristályrácsának szerkezete a következő. Ez egy kocka, melynek csomópontjaiban nyolc atom található. Egy másik a cella szabad belső terének közepén található, ez magyarázza a "testközpontú" nevet.
Ez az elemi cella legegyszerűbb szerkezetének egyik változata, és így a teljes rács egésze. A következő fémek rendelkeznek ezzel a típussal:
- molibdén;
- vanadium;
- chrome;
- mangán;
- alfavas;
- betta-vas és mások.
Az ilyen képviselők fő tulajdonságai a nagyfokú alakíthatóság és hajlékonyság, a keménység és a szilárdság.
Arcközpontú rács
A felületközpontú köbös ráccsal rendelkező fémek kristályszerkezete a következő. Ez egy kocka, amely tizennégy atomot tartalmaz. Nyolc közülük alkotja a rácscsomópontokat, és további hat mindegyik lapon található.
Hasonló felépítésűek:
- alumínium;
- nikkel;
- lead;
- gammavas;
- réz.
Fő megkülönböztető tulajdonságok - ragyogáskülönböző színek, könnyedség, szilárdság, alakíthatóság, fokozott korrózióállóság.
Hatszögletű rács
Az ilyen típusú rácsos fémek kristályszerkezete a következő. Az elemi cella alapja egy hatszögletű prizma. Csomópontjaiban 12 atom található, további kettő a bázisokon, három atom pedig szabadon fekszik a tér belsejében, a szerkezet közepén. Összesen tizenhét atom.
Az olyan fémek, mint:
hasonló összetett konfigurációval rendelkeznek
- alfa titán;
- magnézium;
- alfa-kob alt;
- cink.
Fő tulajdonságok - nagy szilárdság, erős ezüst csillogás.
A fémek kristályszerkezetének hibái
Azonban minden sejttípusnak lehetnek természetes hibái vagy úgynevezett hibák. Ennek különböző okai lehetnek: idegen atomok és fémekben lévő szennyeződések, külső hatások és mások.
Ezért van egy osztályozás, amely tükrözi a kristályrácsok hibáit. A kémia mint tudomány mindegyiket tanulmányozza annak érdekében, hogy azonosítsa az okot és a megoldást, hogy az anyag tulajdonságai ne változzanak. Tehát a hibák a következők.
- Pont. Három fő típusuk van: üres helyek, szennyeződések vagy elmozdult atomok. Ezek a fém mágneses tulajdonságainak, elektromos és hővezető képességének romlásához vezetnek.
- Lineáris vagy diszlokáció. Jelölje ki a szegélyt és a csavart. Csökkentse az anyag szilárdságát és minőségét.
- Felülethibákat. Befolyásolja a fémek megjelenését és szerkezetét.
Jelenleg módszereket dolgoztak ki a hibák kiküszöbölésére és a tiszta kristályok előállítására. Teljesen azonban nem irthatók ki, az ideális kristályrács nem létezik.
A fémek kristályszerkezetére vonatkozó ismeretek értéke
A fenti anyagból nyilvánvaló, hogy a finom szerkezet és szerkezet ismerete lehetővé teszi az anyag tulajdonságainak előrejelzését és azok befolyásolását. Ez pedig lehetővé teszi a kémia tudományának elvégzését. Az általános iskola 9. osztálya arra összpontosít, hogy a tanulókat világosan megértsék az alapvető logikai lánc fontosságáról: összetétel - szerkezet - tulajdonságok - alkalmazás.
A fémek kristályszerkezetére vonatkozó információk nagyon világosan illusztrálják ezt az összefüggést, és lehetővé teszik a tanár számára, hogy világosan elmagyarázza és megmutassa a gyerekeknek, mennyire fontos a finom szerkezet ismerete az összes tulajdonság helyes és hozzáértő használatához.
