Eines der häufigsten Materialien, mit denen die Menschen schon immer am liebsten gearbeitet haben, war Metall. In jeder Epoche wurden verschiedene Arten dieser erstaunlichen Substanzen bevorzugt. So gelten IV-III Jahrtausende v. Chr. Als das Zeit alter von Chalkolith oder Kupfer. Später wird es durch Bronze ersetzt, und dann tritt das heute noch relevante Eisen in Kraft.
Heute ist es im Allgemeinen kaum noch vorstellbar, dass es einmal möglich war, auf Metallprodukte zu verzichten, denn fast alles, von Haush altsgegenständen über medizinische Instrumente bis hin zu schweren und leichten Geräten, besteht aus diesem Material oder besteht aus Einzelteilen von ihm. Warum haben Metalle eine solche Popularität erlangt? Was sind die Merkmale und wie es ihrer Struktur innewohnt, versuchen wir es weiter herauszufinden.
Allgemeiner Begriff der Metalle
"Chemie. Klasse 9" ist ein Lehrbuch, dasSchulkinder lernen. Darin werden Metalle im Detail untersucht. Der Betrachtung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ist ein großes Kapitel gewidmet, da ihre Vielf alt außerordentlich groß ist.
Ab diesem Alter empfiehlt es sich, Kindern eine Vorstellung von diesen Atomen und ihren Eigenschaften zu vermitteln, da Jugendliche den Wert eines solchen Wissens bereits voll einschätzen können. Sie sehen perfekt, dass die Vielf alt der Objekte, Maschinen und anderen Dinge um sie herum auf einer metallischen Natur basiert.
Was ist Metall? Aus chemischer Sicht ist es üblich, diese Atome als diejenigen zu bezeichnen, die Folgendes haben:
- eine kleine Anzahl von Elektronen in der äußeren Ebene;
- zeigen starke restaurative Eigenschaften;
- haben einen großen Atomradius;
- wie einfache Substanzen eine Reihe spezifischer physikalischer Eigenschaften haben.
Die Grundlage des Wissens über diese Substanzen kann durch die Betrachtung der Atom-Kristall-Struktur von Metallen gewonnen werden. Es erklärt alle Merkmale und Eigenschaften dieser Verbindungen.
Im Periodensystem der Metalle ist der größte Teil der gesamten Tabelle belegt, da sie alle Nebengruppen und die Hauptgruppen von der ersten bis zur dritten Gruppe bilden. Daher ist ihre zahlenmäßige Überlegenheit offensichtlich. Die häufigsten sind:
- Kalzium;
- Natrium;
- titan;
- Eisen;
- Magnesium;
- Aluminium;
- Kalium.
Alle Metalle haben eine Reihe von Eigenschaften, die es ermöglichen, sie zu einer großen Stoffgruppe zusammenzufassen. Die Kristallstruktur der Metalle wiederum erklärt diese Eigenschaften.
Eigenschaften von Metallen
Zu den spezifischen Eigenschaften der betrachteten Stoffe gehören die folgenden.
- Metallglanz. Alle Vertreter einfacher Substanzen besitzen es, und die meisten von ihnen haben die gleiche silberweiße Farbe. Nur wenige (Gold, Kupfer, Legierungen) sind unterschiedlich.
- Formbarkeit und Plastizität - die Fähigkeit, sich leicht genug zu verformen und zu erholen. Bei verschiedenen Vertretern wird es unterschiedlich stark ausgedrückt.
- Die elektrische und thermische Leitfähigkeit ist eine der Haupteigenschaften, die den Anwendungsbereich des Metalls und seiner Legierungen bestimmt.
Die Kristallstruktur von Metallen und Legierungen erklärt den Grund für jede der angegebenen Eigenschaften und spricht über deren Schwere bei jedem einzelnen Vertreter. Wenn Sie die Eigenschaften einer solchen Struktur kennen, können Sie die Eigenschaften der Probe beeinflussen und sie an die gewünschten Parameter anpassen, was Menschen seit vielen Jahrzehnten tun.
Atomkristallstruktur von Metallen
Was ist eine solche Struktur, wodurch zeichnet sie sich aus? Der Name selbst deutet darauf hin, dass alle Metalle im festen Zustand, dh unter normalen Bedingungen, Kristalle sind (mit Ausnahme von Quecksilber, das eine Flüssigkeit ist). Was ist ein Kristall?
Dies ist ein bedingtes grafisches Bild, das konstruiert wird, indem imaginäre Linien durch die Atome gekreuzt werden, die den Körper ausrichten. Mit anderen Worten, jedes Metall besteht aus Atomen. Sie befinden sich darin nicht zufällig, sondern sehr regelmäßig und konsequent. Also, wenn geistigKombinieren Sie all diese Partikel zu einer Struktur, erh alten Sie ein schönes Bild in Form eines regelmäßigen geometrischen Körpers beliebiger Form.
Das nennt man das Kristallgitter des Metalls. Sie ist sehr komplex und räumlich voluminös, deshalb ist der Einfachheit halber nicht alles dargestellt, sondern nur ein Teil, eine Elementarzelle. Die Menge solcher Zellen, zusammengebracht und im dreidimensionalen Raum reflektiert, bildet Kristallgitter. Chemie, Physik und Metallkunde sind Wissenschaften, die die strukturellen Merkmale solcher Strukturen untersuchen.
Die Elementarzelle selbst ist eine Ansammlung von Atomen, die sich in einem bestimmten Abstand voneinander befinden und eine streng festgelegte Anzahl anderer Teilchen um sich herum koordinieren. Sie wird durch die Packungsdichte, den Abstand zwischen den konstituierenden Strukturen und die Koordinationszahl charakterisiert. Im Allgemeinen sind alle diese Parameter ein Merkmal des gesamten Kristalls und spiegeln daher die Eigenschaften des Metalls wieder.
Es gibt verschiedene Arten von Kristallgittern. Alle von ihnen sind durch ein Merkmal vereint - in den Knoten befinden sich Atome und im Inneren befindet sich eine Wolke aus Elektronengas, die durch die freie Bewegung von Elektronen im Kristall gebildet wird.
Arten von Kristallgittern
Vierzehn Optionen für die Struktur des Gitters werden normalerweise zu drei Haupttypen kombiniert. Sie lauten wie folgt:
- Körperzentrierte Kubik.
- Hexagonal dicht gepackt.
- Kubikisch flächenzentriert.
Die Kristallstruktur von Metallen wurde erst durch Elektronenmikroskopie untersucht, als es möglich wurde, große Vergrößerungen von Bildern zu erh alten. Und die Klassifizierung der Gittertypen wurde zuerst von dem französischen Wissenschaftler Bravais eingeführt, nach dessen Namen sie manchmal genannt werden.
Körperzentriertes Gitter
Die Struktur des Kristallgitters von Metallen dieses Typs ist die folgende Struktur. Dies ist ein Würfel, an dessen Knoten sich acht Atome befinden. Eine andere befindet sich im Zentrum des freien Zellinnenraums, was den Namen "körperzentriert" erklärt.
Dies ist eine der Varianten der einfachsten Struktur der Elementarzelle und damit des gesamten Gitters als Ganzes. Die folgenden Metalle haben diesen Typ:
- Molybdän;
- Vanadium;
- chrome;
- Mangan;
- alpha-Eisen;
- betta-iron und andere.
Die Haupteigenschaften solcher Vertreter sind eine hohe Formbarkeit und Duktilität, Härte und Festigkeit.
Flächenzentriertes Gitter
Die Kristallstruktur von Metallen mit einem kubisch-flächenzentrierten Gitter ist die folgende Struktur. Dies ist ein Würfel, der vierzehn Atome enthält. Acht von ihnen bilden die Gitterknoten und sechs weitere befinden sich auf jeder Seite.
Sie haben eine ähnliche Struktur:
- Aluminium;
- nickel;
- Lead;
- Gammaeisen;
- Kupfer.
Hauptunterscheidungsmerkmale - Glanzverschiedene Farben, Leichtigkeit, Festigkeit, Formbarkeit, erhöhte Korrosionsbeständigkeit.
Sechskantgitter
Die Kristallstruktur von Metallen mit diesem Gittertyp ist wie folgt. Die Elementarzelle basiert auf einem hexagonalen Prisma. Es gibt 12 Atome in seinen Knoten, zwei weitere an den Basen und drei Atome liegen frei im Raum in der Mitte der Struktur. Insgesamt siebzehn Atome.
Metalle wie:
haben eine ähnlich komplexe Konfiguration
- alpha titan;
- Magnesium;
- Alpha-Kob alt;
- zink.
Haupteigenschaften - hohe Festigkeit, starker Silberglanz.
Störungen in der Kristallstruktur von Metallen
Allerdings können alle betrachteten Zelltypen natürliche Fehler oder sogenannte Defekte aufweisen. Dies kann verschiedene Gründe haben: Fremdatome und Verunreinigungen in Metallen, äußere Einflüsse und andere.
Daher gibt es eine Klassifizierung, die die Defekte widerspiegelt, die Kristallgitter haben können. Die Chemie als Wissenschaft untersucht jeden von ihnen, um die Ursache und Abhilfe zu finden, damit die Eigenschaften des Materials nicht verändert werden. Die Mängel sind also wie folgt.
- Punkt. Sie kommen in drei Haupttypen vor: Leerstellen, Verunreinigungen oder dislozierte Atome. Sie führen zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des Metalls, seiner elektrischen und thermischen Leitfähigkeit.
- Linear oder Dislokation. Marginal zuordnen und verschrauben. Verringern Sie die Festigkeit und Qualität des Materials.
- OberflächeDefekte. Beeinflusst das Aussehen und die Struktur von Metallen.
Gegenwärtig wurden Methoden entwickelt, um Defekte zu eliminieren und reine Kristalle zu erh alten. Sie lassen sich jedoch nicht vollständig ausrotten, das ideale Kristallgitter existiert nicht.
Der Wert des Wissens über die Kristallstruktur von Metallen
Aus obigem Material ist ersichtlich, dass die Kenntnis der Feinstruktur und Struktur es ermöglicht, die Eigenschaften des Materials vorherzusagen und zu beeinflussen. Und dies ermöglicht Ihnen, die Wissenschaft der Chemie zu betreiben. Die 9. Klasse einer allgemeinbildenden Schule konzentriert sich darauf, den Schülern ein klares Verständnis für die Bedeutung der grundlegenden logischen Kette zu vermitteln: Zusammensetzung - Struktur - Eigenschaften - Anwendung.
Informationen über die Kristallstruktur von Metallen verdeutlichen diesen Zusammenhang sehr anschaulich und ermöglichen es der Erzieherin, Kindern anschaulich zu erklären und zu zeigen, wie wichtig es ist, die Feinstruktur zu kennen, um alle Eigenschaften richtig und kompetent zu nutzen.
