Eden najpogostejših materialov, s katerimi so ljudje vedno raje delali, je bila kovina. V vsaki dobi so dali prednost različnim vrstam teh neverjetnih snovi. Torej, IV-III tisočletja pred našim štetjem veljajo za doba halkolita ali bakra. Kasneje ga nadomesti bron, nato pa začne veljati še danes aktualen - železo.
Danes si je na splošno težko predstavljati, da je bilo nekoč mogoče brez kovinskih izdelkov, saj je skoraj vse, od gospodinjskih predmetov, medicinskih instrumentov do težke in lahke opreme, sestavljeno iz tega materiala ali vključuje ločene dele. od njega. Zakaj je kovinam uspelo pridobiti tako priljubljenost? Kakšne so značilnosti in kako je neločljivo povezana z njihovo strukturo, poskusimo to podrobneje ugotoviti.
Splošni koncept kovin
"Kemija. 9. razred" je učbenik, kišolarji se učijo. V njem se kovine podrobno preučujejo. Obravnavanju njihovih fizikalnih in kemijskih lastnosti je posvečeno veliko poglavje, saj je njihova raznolikost izjemno velika.
Že od te starosti je priporočljivo otrokom dati predstavo o teh atomih in njihovih lastnostih, saj že najstniki lahko v celoti cenijo vrednost takšnega znanja. Popolnoma vidijo, da raznolikost predmetov, strojev in drugih stvari okoli njih temelji na kovinski naravi.
Kaj je kovina? Z vidika kemije je običajno te atome označevati kot tiste, ki imajo:
- majhno število elektronov na zunanji ravni;
- pokaži močne obnovitvene lastnosti;
- imajo velik atomski polmer;
- kako imajo preproste snovi številne specifične fizikalne lastnosti.
Osnovo znanja o teh snoveh lahko pridobimo z upoštevanjem atomsko-kristalne strukture kovin. Pojasnjuje vse značilnosti in lastnosti teh spojin.
V periodnem sistemu za kovine je dodeljena večina celotne tabele, ker tvorijo vse sekundarne podskupine in glavne od prve do tretje skupine. Zato je njihova številčna premoč očitna. Najpogostejši so:
- kalcij;
- natrij;
- titan;
- železo;
- magnezij;
- aluminij;
- kalij.
Vse kovine imajo številne lastnosti, ki jim omogočajo, da jih združimo v eno veliko skupino snovi. Po drugi strani pa je kristalna struktura kovin tista, ki pojasnjuje te lastnosti.
Lastnosti kovin
Specifične lastnosti obravnavanih snovi vključujejo naslednje.
- Kovinski sijaj. Imajo ga vsi predstavniki preprostih snovi, večina pa jih ima enako srebrno belo barvo. Le nekaj (zlato, baker, zlitine) se razlikujejo.
- Gibljivost in plastičnost - sposobnost deformacije in dovolj enostavnega okrevanja. Za različne predstavnike je izraženo v različnem obsegu.
- Električna in toplotna prevodnost je ena od glavnih lastnosti, ki določa obseg kovine in njenih zlitin.
Kristalna struktura kovin in zlitin pojasnjuje razloge za vsako od navedenih lastnosti in govori o njihovi resnosti pri vsakem posameznem predstavniku. Če poznate značilnosti takšne strukture, potem lahko vplivate na lastnosti vzorca in ga prilagodite želenim parametrom, kar ljudje počnejo že več desetletij.
Atomska kristalna struktura kovin
Kaj je taka struktura, kaj je zanjo značilno? Že samo ime pove, da so vse kovine kristali v trdnem stanju, torej v normalnih pogojih (razen živega srebra, ki je tekočina). Kaj je kristal?
To je pogojna grafična slika, sestavljena s prečkanjem namišljenih črt skozi atome, ki sestavljajo telo. Z drugimi besedami, vsaka kovina je sestavljena iz atomov. V njej se ne nahajajo naključno, ampak zelo redno in dosledno. Torej, če psihičnozdružite vse te delce v eno strukturo, dobite čudovito sliko v obliki pravilnega geometrijskega telesa poljubne oblike.
To se imenuje kristalna mreža kovine. Je zelo zapletena in prostorsko obsežna, zato zaradi preprostosti ni prikazana vsa, ampak le del, elementarna celica. Množica takšnih celic, združenih in odsevanih v tridimenzionalnem prostoru, tvori kristalne mreže. Kemija, fizika in znanost o kovinah so znanosti, ki preučujejo strukturne značilnosti takšnih struktur.
Sama elementarna celica je niz atomov, ki se nahajajo na določeni razdalji drug od drugega in koordinirajo strogo določeno število drugih delcev okoli sebe. Zanj je značilna gostota pakiranja, razdalja med sestavnimi strukturami in koordinacijska številka. Na splošno so vsi ti parametri značilnost celotnega kristala in zato odražajo lastnosti, ki jih ima kovina.
Obstaja več vrst kristalnih rešetk. Vse jih združuje ena lastnost - v vozliščih so atomi, znotraj pa je oblak elektronskega plina, ki nastane s prostim gibanjem elektronov znotraj kristala.
Vrste kristalnih rešetk
Štirinajst možnosti za strukturo rešetke je običajno združenih v tri glavne vrste. So naslednji:
- Telesno osredotočena kubika.
- Šesterokotna tesno zapakirana.
- Cubic s središčem obraza.
Kristalno strukturo kovin so preučevali šele z elektronsko mikroskopijo, ko je postalo mogoče pridobiti velike povečave slik. In klasifikacijo vrst rešetk je prvi predstavil francoski znanstvenik Bravais, po čigar imenu jih včasih imenujejo.
rešetka, osredotočena na telo
Struktura kristalne mreže kovin te vrste je naslednja struktura. To je kocka, na vozliščih katere je osem atomov. Druga se nahaja v središču prostega notranjega prostora celice, kar pojasnjuje ime "telesno osredotočeno".
To je ena od variant najpreprostejše strukture elementarne celice in s tem celotne mreže kot celote. Naslednje kovine imajo to vrsto:
- molibden;
- vanadij;
- chrome;
- mangan;
- alfa železo;
- betta-iron in drugi.
Glavne lastnosti takšnih predstavnikov so visoka stopnja kovnosti in duktilnosti, trdota in trdnost.
rešetka, osredotočena na obraz
Kristalna struktura kovin, ki imajo obrazno osredotočeno kubično mrežo, je naslednja struktura. To je kocka, ki vključuje štirinajst atomov. Osem jih tvori mrežasta vozlišča, še šest pa se nahaja po eno na vsaki strani.
Imajo podobno strukturo:
- aluminij;
- nikelj;
- lead;
- gama železo;
- baker.
Glavne prepoznavne lastnosti - sijajrazlične barve, lahkotnost, trdnost, kovnost, povečana odpornost proti koroziji.
Šesterokotna rešetka
Kristalna struktura kovin s to vrsto rešetke je naslednja. Osnovna celica temelji na šesterokotni prizmi. V njegovih vozliščih je 12 atomov, še dva na bazah in trije atomi prosto ležijo v prostoru v središču strukture. Skupaj sedemnajst atomov.
Kovine, kot so:
imajo podobno zapleteno konfiguracijo
- alfa titan;
- magnezij;
- alfa kob alt;
- cink.
Glavne lastnosti - visoka trdnost, močan srebrn lesk.
Okvare v kristalni strukturi kovin
Vendar pa imajo lahko vse obravnavane vrste celic naravne pomanjkljivosti ali tako imenovane napake. To je lahko posledica različnih razlogov: tujih atomov in nečistoč v kovinah, zunanjih vplivov in drugih.
Zato obstaja klasifikacija, ki odraža napake, ki jih lahko imajo kristalne mreže. Kemija kot znanost preučuje vsako od njih, da bi ugotovila vzrok in zdravilo, da se lastnosti materiala ne spremenijo. Torej so napake naslednje.
- točka. Prihajajo v treh glavnih vrstah: prosta delovna mesta, nečistoče ali dislocirani atomi. Povzročajo poslabšanje magnetnih lastnosti kovine, njene električne in toplotne prevodnosti.
- Linearno ali dislokacijsko. Dodelite obrobno in vijak. Zmanjšajte moč in kakovost materiala.
- površinanapake. Vpliva na videz in strukturo kovin.
Trenutno so bile razvite metode za odpravo napak in pridobivanje čistih kristalov. Vendar jih ni mogoče popolnoma izkoreniniti, idealna kristalna mreža ne obstaja.
Vrednost znanja o kristalni strukturi kovin
Iz zgornjega materiala je očitno, da poznavanje fine strukture in strukture omogoča napovedovanje lastnosti materiala in vplivanje nanje. In to vam omogoča, da se ukvarjate s kemijo. 9. razred splošne šole se osredotoča na učenje učencev jasnega razumevanja pomena temeljne logične verige: sestava - struktura - lastnosti - uporaba.
Informacije o kristalni strukturi kovin zelo jasno ponazarjajo to razmerje in omogočajo učitelju, da jasno razloži in pokaže otrokom, kako pomembno je poznati fino strukturo za pravilno in kompetentno uporabo vseh lastnosti.
