Ένα από τα πιο κοινά υλικά με τα οποία οι άνθρωποι πάντα προτιμούσαν να δουλεύουν ήταν το μέταλλο. Σε κάθε εποχή, προτιμήθηκαν διαφορετικοί τύποι αυτών των καταπληκτικών ουσιών. Έτσι, οι χιλιετίες IV-III π. Χ. θεωρούνται η εποχή του Χαλκολίθου ή του χαλκού. Αργότερα αντικαταστάθηκε από το χάλκινο, και στη συνέχεια αυτό που εξακολουθεί να είναι επίκαιρο σήμερα - ο σίδηρος τίθεται σε ισχύ.
Σήμερα είναι γενικά δύσκολο να φανταστεί κανείς ότι κάποτε ήταν δυνατό να γίνει χωρίς μεταλλικά προϊόντα, επειδή σχεδόν τα πάντα, από οικιακά είδη, ιατρικά εργαλεία και τελειώνοντας με βαρύ και ελαφρύ εξοπλισμό, αποτελούνται από αυτό το υλικό ή περιλαμβάνουν ξεχωριστά μέρη. από αυτόν. Γιατί τα μέταλλα κατάφεραν να αποκτήσουν τέτοια δημοτικότητα; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά και πώς είναι εγγενές στη δομή τους, ας προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε περαιτέρω.
Γενική έννοια των μετάλλων
"Χημεία. 9η τάξη" είναι ένα εγχειρίδιο πουμαθητές που μαθαίνουν. Σε αυτό μελετώνται λεπτομερώς τα μέταλλα. Η εξέταση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων τους είναι αφιερωμένη σε ένα μεγάλο κεφάλαιο, επειδή η ποικιλομορφία τους είναι εξαιρετικά μεγάλη.
Είναι από αυτή την ηλικία που συνιστάται να δίνετε στα παιδιά μια ιδέα για αυτά τα άτομα και τις ιδιότητές τους, επειδή οι έφηβοι μπορούν ήδη να εκτιμήσουν πλήρως την αξία αυτής της γνώσης. Βλέπουν τέλεια ότι η ποικιλία των αντικειμένων, των μηχανών και άλλων πραγμάτων γύρω τους βασίζεται σε μια μεταλλική φύση.
Τι είναι το μέταλλο; Από τη σκοπιά της χημείας, συνηθίζεται να αναφερόμαστε σε αυτά τα άτομα ως εκείνα που έχουν:
- μικρός αριθμός ηλεκτρονίων στο εξωτερικό επίπεδο;
- εμφάνιση ισχυρών ιδιοτήτων αποκατάστασης;
- έχουν μεγάλη ατομική ακτίνα;
- πώς οι απλές ουσίες έχουν πολλές συγκεκριμένες φυσικές ιδιότητες.
Η βάση της γνώσης σχετικά με αυτές τις ουσίες μπορεί να ληφθεί λαμβάνοντας υπόψη την ατομική-κρυσταλλική δομή των μετάλλων. Εξηγεί όλα τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες αυτών των ενώσεων.
Στο περιοδικό σύστημα για τα μέταλλα, κατανέμεται το μεγαλύτερο μέρος ολόκληρου του πίνακα, επειδή αποτελούν όλες τις δευτερεύουσες υποομάδες και τις κύριες από την πρώτη έως την τρίτη ομάδα. Επομένως, η αριθμητική τους υπεροχή είναι εμφανής. Τα πιο συνηθισμένα είναι:
- ασβέστιο;
- νάτριο;
- τιτάνιο;
- σίδερο;
- μαγνήσιο;
- αλουμίνιο;
- κάλιο.
Όλα τα μέταλλα έχουν έναν αριθμό ιδιοτήτων που τους επιτρέπουν να συνδυάζονται σε μια μεγάλη ομάδα ουσιών. Με τη σειρά του, είναι η κρυσταλλική δομή των μετάλλων που εξηγεί αυτές τις ιδιότητες.
Ιδιότητες μετάλλων
Οι ειδικές ιδιότητες των υπό εξέταση ουσιών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.
- Μεταλλική λάμψη. Όλοι οι εκπρόσωποι απλών ουσιών το διαθέτουν και οι περισσότεροι από αυτούς έχουν το ίδιο ασημί-λευκό χρώμα. Μόνο μερικά (χρυσός, χαλκός, κράματα) είναι διαφορετικά.
- Ελατότητα και πλαστικότητα - η ικανότητα παραμόρφωσης και ανάκτησης αρκετά εύκολα. Για διαφορετικούς αντιπροσώπους εκφράζεται σε διαφορετικό βαθμό.
- Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα είναι μία από τις κύριες ιδιότητες που καθορίζουν το εύρος του μετάλλου και των κραμάτων του.
Η κρυσταλλική δομή των μετάλλων και των κραμάτων εξηγεί τον λόγο για καθεμία από τις αναφερόμενες ιδιότητες και μιλά για τη σοβαρότητά τους σε κάθε συγκεκριμένο εκπρόσωπο. Εάν γνωρίζετε τα χαρακτηριστικά μιας τέτοιας δομής, τότε μπορείτε να επηρεάσετε τις ιδιότητες του δείγματος και να το προσαρμόσετε στις επιθυμητές παραμέτρους, κάτι που κάνουν οι άνθρωποι εδώ και πολλές δεκαετίες.
Ατομική κρυσταλλική δομή μετάλλων
Τι είναι μια τέτοια δομή, από τι χαρακτηρίζεται; Το ίδιο το όνομα υποδηλώνει ότι όλα τα μέταλλα είναι κρύσταλλοι σε στερεά κατάσταση, δηλαδή υπό κανονικές συνθήκες (εκτός από τον υδράργυρο, που είναι υγρό). Τι είναι ένας κρύσταλλος;
Αυτή είναι μια γραφική εικόνα υπό όρους που κατασκευάζεται με τη διέλευση φανταστικών γραμμών μέσω των ατόμων που ευθυγραμμίζουν το σώμα. Με άλλα λόγια, κάθε μέταλλο αποτελείται από άτομα. Εντοπίζονται σε αυτό όχι τυχαία, αλλά πολύ τακτικά και με συνέπεια. Έτσι, αν διανοητικάσυνδυάστε όλα αυτά τα σωματίδια σε μια δομή, έχετε μια όμορφη εικόνα με τη μορφή ενός κανονικού γεωμετρικού σώματος οποιουδήποτε σχήματος.
Αυτό είναι αυτό που ονομάζεται κρυσταλλικό πλέγμα του μετάλλου. Είναι πολύ περίπλοκο και χωρικά ογκώδες, επομένως, για λόγους απλότητας, δεν φαίνεται όλο, αλλά μόνο ένα μέρος, ένα στοιχειώδες κελί. Το σύνολο τέτοιων κυψελών, που συγκεντρώνονται και ανακλώνται σε τρισδιάστατο χώρο, σχηματίζει κρυσταλλικά πλέγματα. Η χημεία, η φυσική και η επιστήμη των μετάλλων είναι επιστήμες που μελετούν τα δομικά χαρακτηριστικά τέτοιων δομών.
Το ίδιο το στοιχειώδες κύτταρο είναι ένα σύνολο ατόμων που βρίσκονται σε μια ορισμένη απόσταση το ένα από το άλλο και συντονίζουν έναν αυστηρά σταθερό αριθμό άλλων σωματιδίων γύρω τους. Χαρακτηρίζεται από την πυκνότητα συσκευασίας, την απόσταση μεταξύ των συστατικών δομών και τον αριθμό συντονισμού. Γενικά, όλες αυτές οι παράμετροι είναι χαρακτηριστικό ολόκληρου του κρυστάλλου και επομένως αντικατοπτρίζουν τις ιδιότητες που παρουσιάζει το μέταλλο.
Υπάρχουν διάφορες ποικιλίες κρυσταλλικών δικτυωμάτων. Όλα ενώνονται με ένα χαρακτηριστικό - υπάρχουν άτομα στους κόμβους και μέσα υπάρχει ένα νέφος αερίου ηλεκτρονίων, το οποίο σχηματίζεται από την ελεύθερη κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα στον κρύσταλλο.
Τύποι κρυσταλλικών δικτυωμάτων
Δεκατέσσερις επιλογές για τη δομή του πλέγματος συνδυάζονται συνήθως σε τρεις κύριους τύπους. Είναι οι εξής:
- Κυβικό με κέντρο το σώμα.
- Εξαγωνικό κλειστό.
- Κυβικό με επίκεντρο πρόσωπο.
Η κρυσταλλική δομή των μετάλλων μελετήθηκε μόνο μέσω ηλεκτρονικής μικροσκοπίας, όταν κατέστη δυνατό να ληφθούν μεγάλες μεγεθύνσεις εικόνων. Και η ταξινόμηση των τύπων δικτυωμάτων εισήχθη για πρώτη φορά από τον Γάλλο επιστήμονα Bravais, με το όνομα του οποίου αποκαλούνται μερικές φορές.
Σώμα-κεντρικό πλέγμα
Η δομή του κρυσταλλικού πλέγματος των μετάλλων αυτού του τύπου είναι η ακόλουθη δομή. Αυτός είναι ένας κύβος, στους κόμβους του οποίου υπάρχουν οκτώ άτομα. Ένα άλλο βρίσκεται στο κέντρο του ελεύθερου εσωτερικού χώρου του κελιού, κάτι που εξηγεί το όνομα "σώμα-κεντρικό".
Αυτή είναι μια από τις παραλλαγές της απλούστερης δομής του στοιχειώδους κελιού, και επομένως ολόκληρου του πλέγματος στο σύνολό του. Τα ακόλουθα μέταλλα έχουν αυτόν τον τύπο:
- μολυβδαίνιο;
- βανάδιο;
- chrome;
- μαγγάνιο;
- άλφα σίδηρος;
- betta-iron και άλλα.
Οι κύριες ιδιότητες τέτοιων αντιπροσώπων είναι ο υψηλός βαθμός ελατότητας και ολκιμότητας, η σκληρότητα και η αντοχή.
Πλέγμα με επίκεντρο πρόσωπο
Η κρυσταλλική δομή των μετάλλων που έχουν ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα είναι η ακόλουθη δομή. Αυτός είναι ένας κύβος, ο οποίος περιλαμβάνει δεκατέσσερα άτομα. Οκτώ από αυτούς σχηματίζουν τους κόμβους πλέγματος και άλλοι έξι βρίσκονται ένας σε κάθε όψη.
Έχουν παρόμοια δομή:
- αλουμίνιο;
- νικέλιο;
- προβάδισμα;
- σίδερο γάμμα;
- χαλκός.
Κύριες διακριτικές ιδιότητες - λάμψηδιαφορετικά χρώματα, ελαφρότητα, αντοχή, ελατότητα, αυξημένη αντοχή στη διάβρωση.
Εξαγωνικό πλέγμα
Η κρυσταλλική δομή των μετάλλων με αυτόν τον τύπο πλέγματος είναι η εξής. Το στοιχειώδες κελί βασίζεται σε ένα εξαγωνικό πρίσμα. Υπάρχουν 12 άτομα στους κόμβους του, άλλα δύο στις βάσεις και τρία άτομα βρίσκονται ελεύθερα μέσα στο χώρο στο κέντρο της δομής. Δεκαεπτά άτομα συνολικά.
Μέταλλα όπως:
έχουν παρόμοια σύνθετη διαμόρφωση
- άλφα τιτάν;
- μαγνήσιο;
- άλφα κοβάλτιο;
- ψευδάργυρος.
Κύριες ιδιότητες - υψηλή αντοχή, ισχυρή ασημένια λάμψη.
Ελαττώματα στην κρυσταλλική δομή των μετάλλων
Ωστόσο, όλοι οι θεωρούμενοι τύποι κυττάρων μπορεί να έχουν φυσικά ελαττώματα ή τα λεγόμενα ελαττώματα. Αυτό μπορεί να οφείλεται σε διάφορους λόγους: ξένα άτομα και ακαθαρσίες σε μέταλλα, εξωτερικές επιρροές και άλλους.
Επομένως, υπάρχει μια ταξινόμηση που αντικατοπτρίζει τα ελαττώματα που μπορεί να έχουν τα κρυσταλλικά πλέγματα. Η Χημεία ως επιστήμη μελετά καθένα από αυτά προκειμένου να εντοπίσει την αιτία και τη θεραπεία ώστε να μην αλλάξουν οι ιδιότητες του υλικού. Άρα τα ελαττώματα είναι τα εξής.
- Πόντος. Διατίθενται σε τρεις κύριους τύπους: κενά, ακαθαρσίες ή μετατοπισμένα άτομα. Οδηγούν σε επιδείνωση των μαγνητικών ιδιοτήτων του μετάλλου, της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητάς του.
- Γραμμική ή εξάρθρωση. Διαθέστε περιθωριακό και βίδα. Υποβαθμίζουν την αντοχή και την ποιότητα του υλικού.
- Επιφάνειαελαττώματα. Επηρεάζουν την εμφάνιση και τη δομή των μετάλλων.
Επί του παρόντος, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι για την εξάλειψη των ελαττωμάτων και τη λήψη καθαρών κρυστάλλων. Ωστόσο, δεν μπορούν να εξαλειφθούν εντελώς, το ιδανικό κρυσταλλικό πλέγμα δεν υπάρχει.
Η αξία της γνώσης για την κρυσταλλική δομή των μετάλλων
Από το παραπάνω υλικό, είναι προφανές ότι η γνώση της λεπτής δομής και δομής καθιστά δυνατή την πρόβλεψη των ιδιοτήτων του υλικού και την επιρροή τους. Και αυτό σας επιτρέπει να κάνετε την επιστήμη της χημείας. Η 9η τάξη ενός σχολείου γενικής εκπαίδευσης επικεντρώνεται στο να διδάξει στους μαθητές μια σαφή κατανόηση της σημασίας της θεμελιώδη λογική αλυσίδα: σύνθεση - δομή - ιδιότητες - εφαρμογή.
Πληροφορίες σχετικά με την κρυσταλλική δομή των μετάλλων απεικονίζουν αυτή τη σχέση πολύ ξεκάθαρα και επιτρέπουν στον δάσκαλο να εξηγήσει και να δείξει στα παιδιά πόσο σημαντικό είναι να γνωρίζουν τη λεπτή δομή προκειμένου να χρησιμοποιούν σωστά και σωστά όλες τις ιδιότητες.
