Адамдар әрқашан жұмыс істегенді ұнататын ең көп таралған материалдардың бірі металл болды. Әр дәуірде осы таңғажайып заттардың әртүрлі түрлеріне артықшылық берілді. Демек, біздің дәуірімізге дейінгі IV-III мыңжылдықтар халколит немесе мыс дәуірі болып саналады. Кейінірек ол қоламен ауыстырылады, содан кейін бүгінгі күнге дейін өзекті - темір күшіне енеді.
Бүгінде бір кездері металл бұйымдарынсыз жасауға болатынын елестету қиын, өйткені тұрмыстық заттардан, медициналық аспаптардан бастап ауыр және жеңіл жабдықтарға дейін барлығы дерлік осы материалдан тұрады немесе бөлек бөлшектерді қамтиды. оның. Неліктен металдар осындай танымалдылыққа ие болды? Ерекшеліктер қандай және олардың құрылымына қалай тән, оны әрі қарай анықтауға тырысайық.
Металдар туралы жалпы түсінік
"Химия. 9-сынып" - бұл оқулықмектеп оқушылары оқиды. Онда металдар егжей-тегжейлі зерттеледі. Олардың физикалық және химиялық қасиеттерін қарастыру үлкен тарауға арналған, себебі олардың әртүрлілігі өте үлкен.
Дәл осы жастан бастап балаларға осы атомдар мен олардың қасиеттері туралы түсінік беру ұсынылады, өйткені жасөспірімдер мұндай білімнің құндылығын қазірдің өзінде толық бағалай алады. Олар айналадағы заттардың, машиналар мен басқа заттардың алуан түрлілігі металдық табиғатқа негізделгенін тамаша көреді.
Металл дегеніміз не? Химия тұрғысынан бұл атомдарды мыналар деп атаған жөн:
- сыртқы деңгейде электрондардың аз саны;
- күшті қалпына келтіретін қасиеттерді көрсету;
- үлкен атом радиусы бар;
- қарапайым заттардың бірқатар нақты физикалық қасиеттері бар.
Бұл заттар туралы білімнің негізін металдардың атомдық-кристалдық құрылымын қарастыру арқылы алуға болады. Ол осы қосылыстардың барлық ерекшеліктері мен қасиеттерін түсіндіреді.
Металдар үшін периодтық жүйеде бүкіл кестенің көп бөлігі бөлінген, өйткені олар барлық қосалқы топшаларды және біріншіден үшінші топқа дейінгі негізгілерді құрайды. Сондықтан олардың сан жағынан артықшылығы айқын. Ең жиі кездесетіндері:
- кальций;
- натрий;
- титан;
- темір;
- магний;
- алюминий;
- калий.
Барлық металдар оларды бір үлкен заттар тобына біріктіруге мүмкіндік беретін бірқатар қасиеттерге ие. Өз кезегінде, бұл қасиеттерді түсіндіретін металдардың кристалдық құрылымы.
Металдардың қасиеттері
Қарастырылып отырған заттардың ерекше қасиеттеріне мыналар жатады.
- Металл жылтырлығы. Қарапайым заттардың барлық өкілдері оған ие және олардың көпшілігі бірдей күміс-ақ түсті. Тек кейбіреулері (алтын, мыс, қорытпалар) ерекшеленеді.
- Иілгіштік және пластикалық - деформациялану және жеткілікті оңай қалпына келтіру мүмкіндігі. Әртүрлі өкілдер үшін ол әртүрлі дәрежеде көрсетіледі.
- Электр және жылуөткізгіштік металдың және оның қорытпаларының қолданылу аясын анықтайтын негізгі қасиеттердің бірі болып табылады.
Металдар мен қорытпалардың кристалдық құрылымы көрсетілген қасиеттердің әрқайсысының себебін түсіндіреді және әрбір нақты өкілдегі олардың ауырлығы туралы айтады. Егер сіз мұндай құрылымның ерекшеліктерін білсеңіз, онда сіз үлгінің қасиеттеріне әсер етіп, оны адамдар көптеген ондаған жылдар бойы істеп келе жатқан қажетті параметрлерге келтіре аласыз.
Металдардың атомдық кристалдық құрылымы
Мұндай құрылым дегеніміз не, ол немен сипатталады? Атаудың өзі барлық металдардың қатты күйде, яғни қалыпты жағдайда (сұйық болып табылатын сынаптан басқа) кристалдар екендігін көрсетеді. Кристалл дегеніміз не?
Бұл денені түзететін атомдар арқылы ойдан шығарылған сызықтарды кесіп өту арқылы жасалған шартты графикалық кескін. Басқаша айтқанда, әрбір металл атомдардан тұрады. Олар онда кездейсоқ емес, өте жүйелі және дәйекті түрде орналасады. Сонымен, егер психикалық болсаосы бөлшектердің барлығын бір құрылымға біріктіріп, кез келген пішіндегі кәдімгі геометриялық дене түріндегі әдемі кескінді аласыз.
Бұл металдың кристалдық торы деп аталады. Ол өте күрделі және кеңістіктік көлемді, сондықтан қарапайымдылық үшін оның барлығы емес, тек бір бөлігі ғана, элементар ұяшық көрсетілген. Үш өлшемді кеңістікте біріктірілген және шағылысқан мұндай жасушалар жиынтығы кристалдық торларды құрайды. Химия, физика және металлтану мұндай құрылымдардың құрылымдық ерекшеліктерін зерттейтін ғылымдар болып табылады.
Бастауыш жасушаның өзі бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасқан және айналасындағы басқа бөлшектердің қатаң белгіленген санын үйлестіретін атомдар жиынтығы. Ол қаптаманың тығыздығымен, құрамдас құрылымдар арасындағы қашықтықпен және координациялық санмен сипатталады. Жалпы, бұл параметрлердің барлығы бүкіл кристалдың сипаттамасы болып табылады, сондықтан металл көрсететін қасиеттерді көрсетеді.
Хрусталь торларының бірнеше түрі бар. Олардың барлығын бір белгі біріктіреді – түйіндерде атомдар бар, ал ішінде кристалдың ішіндегі электрондардың еркін қозғалысы нәтижесінде пайда болатын электрон газының бұлты бар.
Хрусталь торларының түрлері
Тор құрылымының он төрт нұсқасы әдетте үш негізгі түрге біріктіріледі. Олар келесідей:
- Денеге бағытталған текше.
- Алтыбұрышты тығыз оралған.
- Бет центрленген текше.
Металдардың кристалдық құрылымы тек электронды микроскопия арқылы зерттелді, бұл кезде кескіндердің үлкен үлкейтуін алу мүмкін болды. Ал тор түрлерінің жіктелуін алғаш рет француз ғалымы Брава енгізген, оны кейде атымен атайды.
Денеге бағытталған тор
Осы типтегі металдардың кристалдық торының құрылымы келесі құрылым болып табылады. Бұл текше, оның түйіндерінде сегіз атом бар. Тағы біреуі ұяшықтың бос ішкі кеңістігінің ортасында орналасқан, бұл "денеге бағытталған" атауын түсіндіреді.
Бұл элементар ұяшықтың, демек, тұтастай алғанда бүкіл тордың қарапайым құрылымының нұсқаларының бірі. Мына металдардың бұл түрі бар:
- молибден;
- ванадий;
- chrome;
- марганец;
- альфа темір;
- бетта-темір және басқалар.
Мұндай өкілдердің негізгі қасиеттері иілгіштік пен иілгіштіктің, қаттылық пен беріктіктің жоғары дәрежесі болып табылады.
Бет-орталық тор
Бетті центрленген текше торы бар металдардың кристалдық құрылымы келесі құрылым болып табылады. Бұл он төрт атомды қамтитын текше. Олардың сегізі тор түйіндерін құрайды, ал тағы алтауы әр бетінде бір-бірден орналасқан.
Олардың құрылымы ұқсас:
- алюминий;
- никель;
- қорғасын;
- гамма темір;
- мыс.
Негізгі ерекшелік қасиеті – жылтырлығыәртүрлі түстер, жеңілдігі, беріктігі, иілгіштігі, коррозияға төзімділігі жоғарылады.
Алтыбұрышты тор
Бұл тор түрі бар металдардың кристалдық құрылымы келесідей. Элементар ұяшық алтыбұрышты призмаға негізделген. Оның түйіндерінде 12 атом бар, тағы екеуі негізде және үш атом құрылымның орталығындағы кеңістікте еркін жатады. Барлығы он жеті атом.
Металдар, мысалы:
ұқсас күрделі конфигурацияға ие
- альфа титан;
- магний;
- альфа кобальт;
- мырыш.
Негізгі қасиеттері - жоғары беріктік, күшті күміс жылтырлығы.
Металдардың кристалдық құрылымындағы ақаулар
Алайда, барлық қарастырылған жасушалар түрлерінде табиғи кемшіліктер немесе ақаулар деп аталатындар болуы мүмкін. Бұл әртүрлі себептерге байланысты болуы мүмкін: металдардағы бөгде атомдар мен қоспалар, сыртқы әсерлер және т.б.
Сондықтан кристалдық торларда болуы мүмкін ақауларды көрсететін классификация бар. Химия ғылым ретінде олардың әрқайсысын зерттейді, себебі материалдың қасиеттері өзгермеуі үшін оның себебін анықтайды. Сонымен, ақаулар келесідей.
- Нүкте. Олар үш негізгі түрде келеді: бос орындар, қоспалар немесе дислокацияланған атомдар. Олар металдың магниттік қасиеттерінің, оның электр және жылу өткізгіштігінің нашарлауына әкеледі.
- Сызықтық немесе дислокация. Маржиналды және бұранданы бөліңіз. Материалдың беріктігі мен сапасын төмендетіңіз.
- Бетақаулар. Металдардың сыртқы түрі мен құрылымына әсер етеді.
Қазіргі уақытта ақауларды жою және таза кристалдар алу әдістері әзірленді. Дегенмен, оларды толығымен жою мүмкін емес, идеалды кристалдық тор жоқ.
Металдардың кристалдық құрылымы туралы білімнің құндылығы
Жоғарыда келтірілген материалдан ұқыпты құрылым мен құрылымды білу материалдың қасиеттерін болжауға және оларға әсер етуге мүмкіндік беретіні анық. Ал бұл химия ғылымымен айналысуға мүмкіндік береді. Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбы оқушыларға іргелі логикалық тізбектің маңыздылығын нақты түсінуге үйретуге бағытталған: құрам - құрылым - қасиеттер - қолдану.
Металдардың кристалдық құрылымы туралы ақпарат бұл байланысты өте айқын көрсетеді және мұғалімге балаларға барлық қасиеттерді дұрыс және сауатты пайдалану үшін жұқа құрылымды білу қаншалықты маңызды екенін нақты түсіндіруге және көрсетуге мүмкіндік береді.
