Uno dei materiali più comuni con cui le persone hanno sempre preferito lavorare è stato il metallo. In ogni epoca, la preferenza è stata data a diversi tipi di queste stupefacenti sostanze. Quindi, IV-III millennio aC sono considerati l'età di Calcolito, o rame. Successivamente viene sostituito dal bronzo, quindi quello che è ancora attuale oggi - entra in vigore il ferro.
Oggi è generalmente difficile immaginare che una volta fosse possibile fare a meno dei prodotti in metallo, perché quasi tutto, dagli articoli per la casa, agli strumenti medici e terminando con attrezzature pesanti e leggere, è costituito da questo materiale o include parti separate di lui. Perché i metalli sono riusciti a guadagnare tale popolarità? Quali sono le caratteristiche e come è inerente alla loro struttura, proviamo a capirlo ulteriormente.
Concetto generale di metalli
"Chimica. Grado 9" è un libro di testo chescolari che imparano. È in esso che i metalli vengono studiati in dettaglio. L'esame delle loro proprietà fisiche e chimiche è dedicato a un ampio capitolo, perché la loro diversità è estremamente ampia.
È a partire da questa età che si consiglia di dare ai bambini un'idea di questi atomi e delle loro proprietà, perché gli adolescenti possono già apprezzare appieno il valore di tale conoscenza. Vedono perfettamente che la varietà di oggetti, macchine e altre cose che li circondano è basata su una natura metallica.
Cos'è il metallo? Dal punto di vista della chimica, è consuetudine riferirsi a questi atomi come quelli che hanno:
- un piccolo numero di elettroni nel livello esterno;
- mostrano forti proprietà restitutive;
- hanno un ampio raggio atomico;
- come le sostanze semplici hanno un certo numero di proprietà fisiche specifiche.
Le basi della conoscenza di queste sostanze possono essere ottenute considerando la struttura atomica-cristallina dei metalli. Spiega tutte le caratteristiche e le proprietà di questi composti.
Nel sistema periodico per i metalli, viene allocata la maggior parte dell'intera tabella, perché formano tutti i sottogruppi secondari e quelli principali dal primo al terzo gruppo. Pertanto, la loro superiorità numerica è evidente. I più comuni sono:
- calcio;
- sodio;
- titanio;
- ferro;
- magnesio;
- alluminio;
- potassio.
Tutti i metalli hanno una serie di proprietà che consentono loro di essere combinati in un unico grande gruppo di sostanze. A sua volta, è la struttura cristallina dei metalli a spiegare queste proprietà.
Proprietà dei metalli
Le proprietà specifiche delle sostanze in esame includono quanto segue.
- Luce del metallo. Tutti i rappresentanti di sostanze semplici lo possiedono e la maggior parte di loro ha lo stesso colore bianco-argento. Solo alcuni (oro, rame, leghe) sono diversi.
- Malleabilità e plasticità: la capacità di deformarsi e riprendersi abbastanza facilmente. Per rappresentanti diversi è espresso in misura diversa.
- La conducibilità elettrica e termica è una delle principali proprietà che determina la portata del metallo e delle sue leghe.
La struttura cristallina di metalli e leghe spiega il motivo di ciascuna delle proprietà indicate e parla della loro severità in ogni particolare rappresentante. Se conosci le caratteristiche di una tale struttura, puoi influenzare le proprietà del campione e adattarlo ai parametri desiderati, cosa che le persone fanno da molti decenni.
Struttura cristallina atomica dei metalli
Cos'è una struttura del genere, da cosa è caratterizzata? Il nome stesso suggerisce che tutti i metalli sono cristalli allo stato solido, cioè in condizioni normali (tranne il mercurio, che è un liquido). Cos'è un cristallo?
Questa è un'immagine grafica condizionale costruita incrociando linee immaginarie attraverso gli atomi che allineano il corpo. In altre parole, ogni metallo è composto da atomi. Si trovano in esso non casualmente, ma molto regolarmente e costantemente. Quindi, se mentalmentecombinando tutte queste particelle in un'unica struttura, otterrai una bellissima immagine sotto forma di un corpo geometrico regolare di qualsiasi forma.
Questo è ciò che viene chiamato il reticolo cristallino del metallo. È molto complesso e spazialmente voluminoso, quindi, per semplicità, non viene mostrato tutto, ma solo una parte, una cella elementare. L'insieme di tali cellule, riunite e riflesse nello spazio tridimensionale, forma reticoli cristallini. La chimica, la fisica e la scienza dei metalli sono scienze che studiano le caratteristiche strutturali di tali strutture.
La cella elementare stessa è un insieme di atomi che si trovano a una certa distanza l'uno dall' altro e coordinano un numero strettamente fisso di altre particelle attorno a loro. È caratterizzato dalla densità di imballaggio, dalla distanza tra le strutture costituenti e dal numero di coordinazione. In generale, tutti questi parametri sono una caratteristica dell'intero cristallo, e quindi riflettono le proprietà esibite dal metallo.
Ci sono diverse varietà di reticoli cristallini. Tutti loro sono uniti da una caratteristica: ci sono atomi nei nodi e all'interno c'è una nuvola di gas di elettroni, che è formata dal libero movimento degli elettroni all'interno del cristallo.
Tipi di reticoli cristallini
Quattordici opzioni per la struttura del reticolo sono solitamente combinate in tre tipi principali. Sono i seguenti:
- Cubo centrato sul corpo.
- Esagonale compatto.
- Centrato sulla faccia cubica.
La struttura cristallina dei metalli è stata studiata solo attraverso la microscopia elettronica, quando è diventato possibile ottenere grandi ingrandimenti delle immagini. E la classificazione dei tipi di reticoli è stata introdotta per la prima volta dallo scienziato francese Bravais, con il cui nome vengono talvolta chiamati.
Reticolo centrato sul corpo
La struttura del reticolo cristallino dei metalli di questo tipo è la seguente struttura. Questo è un cubo, ai cui nodi ci sono otto atomi. Un altro si trova al centro dello spazio interno libero della cella, il che spiega il nome "body-centered".
Questa è una delle varianti della struttura più semplice della cellula elementare, e quindi dell'intero reticolo nel suo insieme. I seguenti metalli hanno questo tipo:
- molibdeno;
- vanadio;
- cromo;
- manganese;
- ferro alfa;
- betta-ferro e altri.
Le proprietà principali di tali rappresentanti sono un alto grado di malleabilità e duttilità, durezza e resistenza.
Reticolo centrato sulla faccia
La struttura cristallina dei metalli aventi un reticolo cubico centrato sulla faccia è la seguente struttura. Questo è un cubo, che include quattordici atomi. Otto di loro formano i nodi del reticolo e altri sei si trovano uno su ciascuna faccia.
Hanno una struttura simile:
- alluminio;
- nichel;
- leader;
- ferro gamma;
- rame.
Principali proprietà distintive: lucentezzadiversi colori, leggerezza, robustezza, malleabilità, maggiore resistenza alla corrosione.
Reticolo esagonale
La struttura cristallina dei metalli con questo tipo di reticolo è la seguente. La cella elementare è basata su un prisma esagonale. Ci sono 12 atomi nei suoi nodi, altri due alle basi e tre atomi giacciono liberamente all'interno dello spazio al centro della struttura. Diciassette atomi in totale.
Metalli come:
hanno una configurazione complessa simile
- titano alfa;
- magnesio;
- alfa cob alto;
- zinco.
Proprietà principali: alta resistenza, forte lucentezza argento.
Difetti nella struttura cristallina dei metalli
Tuttavia, tutti i tipi di cellule considerati possono avere difetti naturali, o cosiddetti difetti. Ciò può essere dovuto a vari motivi: atomi estranei e impurità nei metalli, influenze esterne e altri.
Pertanto, esiste una classificazione che riflette i difetti che possono avere i reticoli cristallini. La chimica come scienza studia ciascuno di essi al fine di identificare la causa e il rimedio in modo che le proprietà del materiale non vengano modificate. Quindi i difetti sono i seguenti.
- Punto. Sono di tre tipi principali: posti vacanti, impurità o atomi dislocati. Portano a un deterioramento delle proprietà magnetiche del metallo, della sua conduttività elettrica e termica.
- Lineare o dislocazione. Assegna marginale e avvita. Degradare la resistenza e la qualità del materiale.
- Superficiedifetti. Influiscono sull'aspetto e sulla struttura dei metalli.
Attualmente, sono stati sviluppati metodi per eliminare i difetti e ottenere cristalli puri. Tuttavia, non possono essere completamente sradicati, il reticolo cristallino ideale non esiste.
Il valore della conoscenza sulla struttura cristallina dei metalli
Dal materiale di cui sopra, è ovvio che la conoscenza della struttura e della struttura fine rende possibile prevedere le proprietà del materiale e influenzarle. E questo ti permette di fare la scienza della chimica. Il grado 9 di una scuola di istruzione generale si concentra sull'insegnare agli studenti una chiara comprensione dell'importanza della catena logica fondamentale: composizione - struttura - proprietà - applicazione.
Le informazioni sulla struttura cristallina dei metalli illustrano questa relazione in modo molto chiaro e consentono all'insegnante di spiegare e mostrare chiaramente ai bambini quanto sia importante conoscere la struttura fine per utilizzare correttamente e con competenza tutte le proprietà.
