Jedným z najbežnejších materiálov, s ktorými ľudia vždy najradšej pracovali, bol kov. V každej dobe sa uprednostňovali rôzne druhy týchto úžasných látok. Takže IV-III tisícročia pred naším letopočtom sa považujú za vek Chalkolitu alebo medi. Neskôr ho nahradí bronz a potom ten, ktorý je aktuálny aj dnes – železo.
Dnes je vo všeobecnosti ťažké si predstaviť, že kedysi sa to dalo zaobísť bez kovových výrobkov, pretože takmer všetko, od domácich potrieb, lekárskych nástrojov až po ťažké a ľahké vybavenie, pozostáva z tohto materiálu alebo obsahuje samostatné časti o ňom. Prečo si kovy dokázali získať takú popularitu? Aké sú vlastnosti a ako je to vlastné ich štruktúre, skúsme to zistiť ďalej.
Všeobecný koncept kovov
"Chémia. 9. ročník" je učebnica, ktoráškoláci učia sa. Práve v ňom sa podrobne študujú kovy. Zváženiu ich fyzikálnych a chemických vlastností je venovaná veľká kapitola, pretože ich rozmanitosť je mimoriadne veľká.
Od tohto veku sa odporúča dať deťom predstavu o týchto atómoch a ich vlastnostiach, pretože tínedžeri už dokážu naplno oceniť hodnotu takýchto vedomostí. Dokonale vidia, že rôznorodosť predmetov, strojov a iných vecí okolo nich je založená na kovovej povahe.
Čo je kov? Z hľadiska chémie je zvykom označovať tieto atómy ako tie, ktoré majú:
- malý počet elektrónov na vonkajšej úrovni;
- vykazovať silné regeneračné vlastnosti;
- mať veľký atómový polomer;
- ako jednoduché látky majú množstvo špecifických fyzikálnych vlastností.
Základ vedomostí o týchto látkach možno získať zvážením atómovo-kryštálovej štruktúry kovov. Vysvetľuje všetky vlastnosti a vlastnosti týchto zlúčenín.
V periodickom systéme pre kovy je alokovaná väčšina celej tabuľky, pretože tvoria všetky sekundárne podskupiny a hlavné od prvej po tretiu skupinu. Preto je zrejmá ich početná prevaha. Najbežnejšie sú:
- kalcium;
- sodík;
- titanium;
- železo;
- magnesium;
- hliník;
- draslík.
Všetky kovy majú množstvo vlastností, ktoré umožňujú ich spojenie do jednej veľkej skupiny látok. Tieto vlastnosti zase vysvetľuje kryštálová štruktúra kovov.
Vlastnosti kovov
Špecifické vlastnosti uvažovaných látok zahŕňajú nasledujúce.
- Kovový lesk. Majú ho všetci zástupcovia jednoduchých látok a väčšina z nich má rovnakú strieborno-bielu farbu. Len niektoré (zlato, meď, zliatiny) sa líšia.
- Kujnosť a plasticita - schopnosť dostatočne ľahko sa deformovať a obnoviť. Pre rôznych predstaviteľov sa vyjadruje v rôznom rozsahu.
- Elektrická a tepelná vodivosť je jednou z hlavných vlastností, ktorá určuje rozsah kovu a jeho zliatin.
Kryštálová štruktúra kovov a zliatin vysvetľuje dôvod každej z uvedených vlastností a hovorí o ich závažnosti u každého konkrétneho zástupcu. Ak poznáte vlastnosti takejto štruktúry, môžete ovplyvniť vlastnosti vzorky a upraviť ju na požadované parametre, čo ľudia robia už mnoho desaťročí.
Atómová kryštálová štruktúra kovov
Čo je taká štruktúra, čím sa vyznačuje? Už samotný názov napovedá, že všetky kovy sú kryštály v pevnom stave, teda za normálnych podmienok (okrem ortuti, ktorá je kvapalina). Čo je kryštál?
Toto je podmienený grafický obraz vytvorený krížením imaginárnych čiar cez atómy, ktoré zoraďujú telo. Inými slovami, každý kov sa skladá z atómov. Nachádzajú sa v nej nie náhodne, ale veľmi pravidelne a dôsledne. Ak teda psychickyskombinujte všetky tieto častice do jednej štruktúry, získate krásny obraz v podobe pravidelného geometrického telesa akéhokoľvek tvaru.
Toto sa nazýva kryštálová mriežka kovu. Je veľmi zložitý a priestorovo objemný, preto pre zjednodušenie nie je znázornený celý, ale len časť, elementárna bunka. Súbor takýchto buniek, zložených a odrazených v trojrozmernom priestore, tvorí kryštálové mriežky. Chémia, fyzika a veda o kovoch sú vedy, ktoré študujú štrukturálne vlastnosti takýchto štruktúr.
Samotná elementárna bunka je súbor atómov, ktoré sa nachádzajú v určitej vzdialenosti od seba a koordinujú okolo seba presne stanovený počet ďalších častíc. Je charakterizovaná hustotou balenia, vzdialenosťou medzi jednotlivými štruktúrami a koordinačným číslom. Vo všeobecnosti sú všetky tieto parametre charakteristické pre celý kryštál, a preto odrážajú vlastnosti kovu.
Existuje niekoľko druhov kryštálových mriežok. Všetky spája jedna vlastnosť – v uzloch sú atómy a vo vnútri je oblak elektrónového plynu, ktorý vzniká voľným pohybom elektrónov vo vnútri kryštálu.
Typy kryštálových mriežok
Štrnásť možností pre štruktúru mriežky sa zvyčajne kombinuje do troch hlavných typov. Sú nasledovné:
- Body-Centered Cubic.
- Šesťhranné tesne zbalené.
- Kocka so stredom tváre.
Kryštálová štruktúra kovov bola študovaná iba prostredníctvom elektrónovej mikroskopie, keď bolo možné získať veľké zväčšenia obrázkov. A klasifikáciu typov mriežok prvýkrát zaviedol francúzsky vedec Bravais, podľa ktorého sa niekedy nazývajú.
Mreža v strede tela
Štruktúra kryštálovej mriežky kovov tohto typu je nasledujúca. Toto je kocka, v ktorej uzloch je osem atómov. Ďalší je umiestnený v strede voľného vnútorného priestoru bunky, čo vysvetľuje názov "body-centered".
Toto je jeden z variantov najjednoduchšej štruktúry elementárnej bunky, a teda aj celej mriežky ako celku. Nasledujúce kovy majú tento typ:
- molybdén;
- vanád;
- chrome;
- mangán;
- alfa železo;
- betta-iron a ďalšie.
Hlavnými vlastnosťami takýchto zástupcov je vysoký stupeň kujnosti a ťažnosti, tvrdosť a pevnosť.
Mreža zameraná na tvár
Kryštálová štruktúra kovov s plošne centrovanou kubickou mriežkou je nasledujúca. Toto je kocka, ktorá obsahuje štrnásť atómov. Osem z nich tvorí mriežkové uzly a šesť ďalších je umiestnených po jednom na každej ploche.
Majú podobnú štruktúru:
- hliník;
- nikel;
- lead;
- gama železo;
- meď.
Hlavné rozlišovacie vlastnosti - leskrôzne farby, ľahkosť, pevnosť, tvárnosť, zvýšená odolnosť proti korózii.
Šesťhranná mriežka
Kryštálová štruktúra kovov s týmto typom mriežky je nasledovná. Elementárna bunka je založená na šesťhrannom hranole. V jeho uzloch je 12 atómov, ďalšie dva na bázach a tri atómy voľne ležia v priestore v strede štruktúry. Celkom sedemnásť atómov.
Kovy ako:
majú podobnú komplexnú konfiguráciu
- alfa titán;
- magnesium;
- alfa kob alt;
- zinok.
Hlavné vlastnosti - vysoká pevnosť, silný strieborný lesk.
Poruchy v kryštálovej štruktúre kovov
Všetky uvažované typy buniek však môžu mať prirodzené chyby alebo takzvané defekty. Môže to byť spôsobené rôznymi dôvodmi: cudzie atómy a nečistoty v kovoch, vonkajšie vplyvy a iné.
Preto existuje klasifikácia, ktorá odráža chyby, ktoré môžu mať kryštálové mriežky. Chémia ako veda študuje každý z nich s cieľom identifikovať príčinu a nápravu tak, aby sa vlastnosti materiálu nezmenili. Takže chyby sú nasledovné.
- Bod. Prichádzajú v troch hlavných typoch: voľné miesta, nečistoty alebo dislokované atómy. Vedú k zhoršeniu magnetických vlastností kovu, jeho elektrickej a tepelnej vodivosti.
- Lineárne alebo dislokácia. Prideľte okrajové a skrutkové. Zhoršuje pevnosť a kvalitu materiálu.
- Povrchvady. Ovplyvňuje vzhľad a štruktúru kovov.
V súčasnosti boli vyvinuté metódy na odstránenie defektov a získanie čistých kryštálov. Nedajú sa však úplne vykoreniť, ideálna kryštálová mriežka neexistuje.
Hodnota vedomostí o kryštálovej štruktúre kovov
Z vyššie uvedeného materiálu je zrejmé, že znalosť jemnej štruktúry a štruktúry umožňuje predpovedať vlastnosti materiálu a ovplyvňovať ich. A to vám umožňuje robiť vedu chémie. Deviaty ročník všeobecnovzdelávacej školy sa zameriava na to, aby študenti jasne pochopili dôležitosť základného logického reťazca: zloženie – štruktúra – vlastnosti – aplikácia.
Informácie o kryštálovej štruktúre kovov veľmi jasne ilustrujú tento vzťah a umožňujú učiteľovi jasne vysvetliť a ukázať deťom, aké dôležité je poznať jemnú štruktúru, aby mohli správne a kompetentne využívať všetky vlastnosti.
