Jedním z nejběžnějších materiálů, se kterým lidé vždy raději pracovali, byl kov. V každé době byly preferovány různé druhy těchto úžasných látek. Takže IV-III tisíciletí před naším letopočtem jsou považovány za věk Chalkolitu neboli mědi. Později je nahrazen bronzem a pak ten, který je stále aktuální - železo vstupuje v platnost.
Dnes je obecně těžké si představit, že se kdysi dalo obejít bez kovových výrobků, protože téměř vše, od domácích potřeb, lékařských nástrojů až po těžké a lehké vybavení, se skládá z tohoto materiálu nebo obsahuje samostatné díly jeho. Proč si kovy dokázaly získat takovou oblibu? Jaké jsou vlastnosti a jak je to vlastní jejich struktuře, zkusme to zjistit dále.
Obecné pojetí kovů
"Chemie. Třída 9" je učebnice, kteráškoláci se učí. Právě v něm se podrobně studují kovy. Zvažování jejich fyzikálních a chemických vlastností je věnována velká kapitola, protože jejich rozmanitost je extrémně velká.
Od tohoto věku se doporučuje poskytnout dětem představu o těchto atomech a jejich vlastnostech, protože teenageři již dokážou plně ocenit hodnotu takových znalostí. Dokonale vidí, že rozmanitost předmětů, strojů a dalších věcí kolem nich je založena na kovové povaze.
Co je kov? Z hlediska chemie je obvyklé označovat tyto atomy jako atomy, které mají:
- malý počet elektronů ve vnější úrovni;
- vykazují silné regenerační vlastnosti;
- mají velký atomový poloměr;
- jak jednoduché látky mají řadu specifických fyzikálních vlastností.
Základ znalostí o těchto látkách lze získat zvážením atomicko-krystalické struktury kovů. Vysvětluje všechny vlastnosti a vlastnosti těchto sloučenin.
V periodickém systému pro kovy je alokována většina celé tabulky, protože tvoří všechny vedlejší podskupiny a hlavní od první do třetí skupiny. Jejich početní převaha je tedy zřejmá. Nejběžnější jsou:
- vápník;
- sodík;
- titan;
- železo;
- magnesium;
- hliník;
- draslík.
Všechny kovy mají řadu vlastností, které umožňují jejich spojení do jedné velké skupiny látek. Tyto vlastnosti zase vysvětluje krystalová struktura kovů.
Vlastnosti kovů
Specifické vlastnosti uvažovaných látek zahrnují následující.
- Kovový lesk. Mají ho všichni zástupci jednoduchých látek a většina z nich má stejnou stříbrno-bílou barvu. Jen několik (zlato, měď, slitiny) se liší.
- Kujnost a plasticita - schopnost dostatečně snadno se deformovat a zotavit. U různých zástupců se vyjadřuje v různé míře.
- Elektrická a tepelná vodivost je jednou z hlavních vlastností, která určuje rozsah kovu a jeho slitin.
Krystalová struktura kovů a slitin vysvětluje důvod každé z uvedených vlastností a vypovídá o jejich závažnosti u každého konkrétního zástupce. Pokud znáte vlastnosti takové struktury, můžete ovlivnit vlastnosti vzorku a upravit jej na požadované parametry, což lidé dělají již mnoho desetiletí.
Struktura atomových krystalů kovů
Co je taková struktura, čím se vyznačuje? Už samotný název napovídá, že všechny kovy jsou krystaly v pevném stavu, tedy za normálních podmínek (kromě rtuti, která je kapalná). Co je to krystal?
Toto je podmíněný grafický obrázek vytvořený křížením imaginárních čar atomy, které seřadí tělo. Jinými slovy, každý kov se skládá z atomů. Jsou v ní umístěny nikoli náhodně, ale velmi pravidelně a důsledně. Tedy pokud psychickyzkombinujte všechny tyto částice do jedné struktury, získáte krásný obraz v podobě pravidelného geometrického tělesa libovolného tvaru.
Tomu se říká krystalická mřížka kovu. Je velmi složitý a prostorově objemný, proto pro jednoduchost není zobrazen celý, ale pouze část, elementární buňka. Soubor takových buněk, shromážděných a odražených v trojrozměrném prostoru, tvoří krystalové mřížky. Chemie, fyzika a věda o kovech jsou vědy, které studují strukturální rysy takových struktur.
Samotná elementární buňka je soubor atomů, které jsou umístěny v určité vzdálenosti od sebe a koordinují kolem sebe přesně stanovený počet dalších částic. Je charakterizována hustotou balení, vzdáleností mezi jednotlivými strukturami a koordinačním číslem. Obecně jsou všechny tyto parametry charakteristické pro celý krystal, a proto odrážejí vlastnosti vykazované kovem.
Existuje několik druhů krystalových mřížek. Všechny spojuje jedna vlastnost – v uzlech jsou atomy a uvnitř je oblak elektronového plynu, který vzniká volným pohybem elektronů uvnitř krystalu.
Typy krystalových mřížek
Čtrnáct možností pro strukturu mřížky je obvykle kombinováno do tří hlavních typů. Jsou následující:
- Body-Centered Cubic.
- Šestihranný těsně zabalený.
- Krychlový střed na obličej.
Krystalová struktura kovů byla studována pouze pomocí elektronové mikroskopie, kdy bylo možné získat velká zvětšení snímků. A klasifikaci typů mřížek poprvé zavedl francouzský vědec Bravais, pod jehož jménem se jim někdy říká.
Mříž ve středu těla
Struktura krystalové mřížky kovů tohoto typu je následující struktura. Jedná se o krychli, v jejíchž uzlech je osm atomů. Další je umístěn ve středu volného vnitřního prostoru buňky, což vysvětluje název "body-centered".
Jedná se o jednu z variant nejjednodušší struktury elementární buňky, a tím i celé mřížky jako celku. Následující kovy mají tento typ:
- molybden;
- vanad;
- chrome;
- mangan;
- alfa železo;
- betta-iron a další.
Hlavními vlastnostmi těchto zástupců jsou vysoký stupeň kujnosti a tažnosti, tvrdost a pevnost.
Mříž centrovaná na obličej
Krystalová struktura kovů s plošně centrovanou kubickou mřížkou je následující struktura. Jedná se o krychli, která obsahuje čtrnáct atomů. Osm z nich tvoří uzly mřížky a šest dalších je umístěno po jednom na každé ploše.
Mají podobnou strukturu:
- hliník;
- nikl;
- lead;
- gama železo;
- měď.
Hlavní rozlišovací vlastnosti - leskrůzné barvy, lehkost, pevnost, kujnost, zvýšená odolnost proti korozi.
Šestihranná mříž
Krystalová struktura kovů s tímto typem mřížky je následující. Elementární buňka je založena na šestibokém hranolu. V jeho uzlech je 12 atomů, další dva na bázích a tři atomy volně leží uvnitř prostoru ve středu struktury. Celkem sedmnáct atomů.
Kovy jako:
mají podobnou složitou konfiguraci
- alfa titan;
- magnesium;
- alfa kob alt;
- zink.
Hlavní vlastnosti - vysoká pevnost, silný stříbrný lesk.
Vady v krystalové struktuře kovů
Všechny uvažované typy buněk však mohou mít přirozené vady nebo takzvané defekty. To může být způsobeno různými důvody: cizí atomy a nečistoty v kovech, vnější vlivy a další.
Proto existuje klasifikace, která odráží vady, které mohou mít krystalové mřížky. Chemie jako věda studuje každý z nich, aby identifikovala příčinu a nápravu, aby se vlastnosti materiálu nezměnily. Takže závady jsou následující.
- Bod. Přicházejí ve třech hlavních typech: volné pozice, nečistoty nebo dislokované atomy. Vedou ke zhoršení magnetických vlastností kovu, jeho elektrické a tepelné vodivosti.
- Lineární neboli dislokace. Přidělte okrajové a šroubové. Snižuje pevnost a kvalitu materiálu.
- Povrchvady. Ovlivňuje vzhled a strukturu kovů.
V současné době byly vyvinuty metody k odstranění defektů a získání čistých krystalů. Nelze je však zcela vymýtit, ideální krystalová mřížka neexistuje.
Hodnota znalostí o krystalové struktuře kovů
Z výše uvedeného materiálu je zřejmé, že znalost jemné struktury a struktury umožňuje předvídat vlastnosti materiálu a ovlivňovat je. A to vám umožňuje dělat vědu o chemii. 9. třída všeobecně vzdělávací školy se zaměřuje na to, aby studenti jasně pochopili důležitost základního logického řetězce: složení – struktura – vlastnosti – aplikace.
Informace o krystalové struktuře kovů velmi jasně ilustrují tento vztah a umožňují učiteli srozumitelně vysvětlit a ukázat dětem, jak důležité je znát jemnou strukturu, aby správně a kompetentně využívaly všechny vlastnosti.
