Un dels materials més habituals amb què la gent sempre ha preferit treballar ha estat el metall. En cada època, es va donar preferència als diferents tipus d'aquestes substàncies sorprenents. Així, els IV-III mil·lennis aC es consideren l'edat del Calcolit, o coure. Més tard es substitueix pel bronze, i després entra en vigor el que encara és actual: el ferro.
Avui en general és difícil imaginar que abans era possible prescindir dels productes metàl·lics, perquè gairebé tot, des d'articles per a la llar, instruments mèdics i acabant amb equipament pesat i lleuger, consisteix en aquest material o inclou peces separades. d'ell. Per què els metalls van aconseguir guanyar tanta popularitat? Quines són les característiques i com és inherent a la seva estructura, intentem esbrinar-ho més.
Concepte general dels metalls
"Química. Grau 9" és un llibre de text queels escolars aprenent. És en ell on s'estudien amb detall els metalls. La consideració de les seves propietats físiques i químiques es dedica a un gran capítol, perquè la seva diversitat és extremadament gran.
És a partir d'aquesta edat que es recomana donar als nens una idea sobre aquests àtoms i les seves propietats, perquè els adolescents ja poden apreciar plenament el valor d'aquests coneixements. Veuen perfectament que la varietat d'objectes, màquines i altres coses que els envolten es basa en una naturalesa metàl·lica.
Què és el metall? Des del punt de vista de la química, s'acostuma a referir-se a aquests àtoms com els que tenen:
- un petit nombre d'electrons al nivell exterior;
- mostra fortes propietats restauradores;
- tenen un gran radi atòmic;
- com les substàncies simples tenen una sèrie de propietats físiques específiques.
La base del coneixement sobre aquestes substàncies es pot obtenir considerant l'estructura atòmica-cristalina dels metalls. Explica totes les característiques i propietats d'aquests compostos.
En el sistema periòdic dels metalls, s'assigna la major part de la taula sencera, perquè formen tots els subgrups secundaris i els principals del primer al tercer grup. Per tant, la seva superioritat numèrica és evident. Els més comuns són:
- calci;
- sodi;
- titani;
- ferro;
- magnesi;
- alumini;
- potassi.
Tots els metalls tenen una sèrie de propietats que els permeten combinar-se en un gran grup de substàncies. Al seu torn, és l'estructura cristal·lina dels metalls la que explica aquestes propietats.
Propietats dels metalls
Les propietats específiques de les substàncies considerades inclouen les següents.
- Brillant metàl·lica. Tots els representants de substàncies simples en posseeixen i la majoria tenen el mateix color blanc platejat. Només uns quants (or, coure, aliatges) són diferents.
- Mal·leabilitat i plasticitat: la capacitat de deformar-se i recuperar-se amb prou facilitat. Per a diferents representants s'expressa en una mesura diferent.
- La conductivitat elèctrica i tèrmica és una de les principals propietats que determina l'abast del metall i els seus aliatges.
L'estructura cristal·lina dels metalls i aliatges explica el motiu de cadascuna de les propietats indicades i parla de la seva gravetat en cada representant en particular. Si coneixeu les característiques d'aquesta estructura, podeu influir en les propietats de la mostra i ajustar-la als paràmetres desitjats, cosa que la gent ha estat fent durant moltes dècades.
Estructura cristal·lina atòmica dels metalls
Què és aquesta estructura, per què es caracteritza? El propi nom suggereix que tots els metalls són cristalls en estat sòlid, és a dir, en condicions normals (excepte el mercuri, que és un líquid). Què és un cristall?
Aquesta és una imatge gràfica condicional construïda travessant línies imaginàries a través dels àtoms que alineen el cos. En altres paraules, cada metall està format per àtoms. Es troben en ell no de manera aleatòria, sinó molt regular i coherent. Per tant, si mentalmentcombineu totes aquestes partícules en una sola estructura, obtindreu una bella imatge en forma de cos geomètric regular de qualsevol forma.
Això és el que s'anomena la xarxa cristal·lina del metall. És molt complex i espacialment voluminós, per tant, per senzillesa, no es mostra tot, sinó només una part, una cèl·lula elemental. El conjunt d'aquestes cèl·lules, reunides i reflectides en l'espai tridimensional, forma les xarxes cristal·lines. La química, la física i la ciència dels metalls són ciències que estudien les característiques estructurals d'aquestes estructures.
La pròpia cèl·lula elemental és un conjunt d'àtoms que es troben a una certa distància els uns dels altres i coordinen un nombre estrictament fix d' altres partícules al seu voltant. Es caracteritza per la densitat d'embalatge, la distància entre les estructures constituents i el nombre de coordinació. En general, tots aquests paràmetres són una característica de tot el cristall i, per tant, reflecteixen les propietats que presenta el metall.
Hi ha diverses varietats de gelosia cristal·lina. Tots ells estan units per una característica: hi ha àtoms als nodes i a l'interior hi ha un núvol de gas d'electrons, que es forma pel lliure moviment d'electrons dins del cristall.
Tipus de gelosies cristal·lines
Catorze opcions per a l'estructura de la gelosia se solen combinar en tres tipus principals. Són els següents:
- Cúbic centrat en el cos.
- Hexagonal tancat.
- cúbic centrat en la cara.
L'estructura cristal·lina dels metalls només es va estudiar mitjançant microscòpia electrònica, quan va ser possible obtenir grans augments d'imatges. I la classificació dels tipus de gelosia la va introduir per primera vegada el científic francès Bravais, amb el nom del qual de vegades s'anomenen.
Enreixat centrat en el cos
L'estructura de la xarxa cristal·lina d'aquest tipus de metalls és la següent estructura. Aquest és un cub, als nodes del qual hi ha vuit àtoms. Un altre es troba al centre de l'espai intern lliure de la cèl·lula, la qual cosa explica el nom "centrat en el cos".
Aquesta és una de les variants de l'estructura més simple de la cèl·lula elemental i, per tant, de tota la xarxa en conjunt. Els metalls següents tenen aquest tipus:
- molibdè;
- vanadi;
- chrome;
- manganès;
- ferro alfa;
- betta-iron i altres.
Les principals propietats d'aquests representants són un alt grau de mal·leabilitat i ductilitat, duresa i resistència.
Enreixat centrat en la cara
L'estructura cristal·lina dels metalls que tenen una gelosia cúbica centrada en les cares és l'estructura següent. Aquest és un cub, que inclou catorze àtoms. Vuit d'ells formen els nodes de gelosia i sis més es troben un a cada cara.
Tenen una estructura similar:
- alumini;
- níquel;
- plom;
- ferro gamma;
- coure.
Propietats distintives principals: brillantordiferents colors, lleugeresa, força, mal·leabilitat, major resistència a la corrosió.
Enreixat hexagonal
L'estructura cristal·lina dels metalls amb aquest tipus de gelosia és la següent. La cel·la elemental es basa en un prisma hexagonal. Hi ha 12 àtoms als seus nodes, dos més a les bases i tres àtoms es troben lliurement dins de l'espai al centre de l'estructura. Disset àtoms en total.
Metals com ara:
tenen una configuració complexa similar
- alpha titan;
- magnesi;
- alpha cob alt;
- zinc.
Propietats principals: alta resistència i brillantor platejat fort.
Defectes en l'estructura cristal·lina dels metalls
No obstant això, tots els tipus de cèl·lules considerats poden tenir defectes naturals, o els anomenats defectes. Això pot ser degut a diverses raons: àtoms estranys i impureses en metalls, influències externes i altres.
Per tant, hi ha una classificació que reflecteix els defectes que poden tenir les xarxes cristal·lines. La química com a ciència estudia cadascun d'ells per tal d'identificar-ne la causa i el remei per tal que les propietats del material no es modifiquin. Per tant, els defectes són els següents.
- Punt. Es presenten en tres tipus principals: vacants, impureses o àtoms dislocats. Comporten un deteriorament de les propietats magnètiques del metall, la seva conductivitat elèctrica i tèrmica.
- Lineal o dislocació. Assigna marginal i cargol. Degraden la resistència i la qualitat del material.
- Superfíciedefectes. Afecta l'aspecte i l'estructura dels metalls.
Actualment s'han desenvolupat mètodes per eliminar defectes i obtenir cristalls purs. Tanmateix, no es poden eradicar completament, la xarxa cristal·lina ideal no existeix.
El valor del coneixement sobre l'estructura cristal·lina dels metalls
A partir del material anterior, és obvi que el coneixement de l'estructura fina i l'estructura permet predir les propietats del material i influir-hi. I això et permet fer la ciència de la química. El grau 9 d'una escola d'educació general se centra a ensenyar als estudiants una comprensió clara de la importància de la cadena lògica fonamental: composició - estructura - propietats - aplicació.
La informació sobre l'estructura cristal·lina dels metalls il·lustra aquesta relació molt clarament i permet al professor explicar i mostrar clarament als nens l'important que és conèixer l'estructura fina per tal d'utilitzar totes les propietats de manera correcta i competent.
