Um dos materiais mais comuns com os quais as pessoas sempre preferiram trabalhar foi o metal. Em cada época, foi dada preferência a diferentes tipos dessas substâncias incríveis. Assim, IV-III milênios aC são considerados a idade de Calcolito, ou cobre. Mais tarde é substituído pelo bronze, e então aquele que ainda é relevante hoje - o ferro entra em vigor.
Hoje é geralmente difícil imaginar que já foi possível prescindir de produtos de metal, porque quase tudo, desde utensílios domésticos, instrumentos médicos e terminando com equipamentos pesados e leves, é composto por esse material ou inclui partes separadas dele. Por que os metais conseguiram ganhar tanta popularidade? Quais são os recursos e como é inerente à sua estrutura, vamos tentar descobrir mais.
Conceito geral de metais
"Química. 9ª série" é um livro didático queescolares aprendendo. É nele que os metais são estudados em detalhes. A consideração de suas propriedades físicas e químicas é dedicada a um grande capítulo, porque sua diversidade é extremamente grande.
É a partir dessa idade que se recomenda dar às crianças uma ideia sobre esses átomos e suas propriedades, pois os adolescentes já podem apreciar plenamente o valor desse conhecimento. Eles veem perfeitamente que a variedade de objetos, máquinas e outras coisas ao seu redor é baseada em uma natureza metálica.
O que é metal? Do ponto de vista da química, costuma-se referir a esses átomos como aqueles que possuem:
- um pequeno número de elétrons no nível externo;
- mostrar fortes propriedades restauradoras;
- tem um grande raio atômico;
- como substâncias simples têm várias propriedades físicas específicas.
A base do conhecimento sobre essas substâncias pode ser obtida considerando a estrutura atômico-cristalina dos metais. Ele explica todas as características e propriedades desses compostos.
No sistema periódico para metais, a maior parte de toda a tabela é alocada, pois formam todos os subgrupos secundários e os principais do primeiro ao terceiro grupo. Portanto, sua superioridade numérica é óbvia. Os mais comuns são:
- cálcio;
- sódio;
- titânio;
- ferro;
- magnésio;
- alumínio;
- potássio.
Todos os metais têm uma série de propriedades que permitem que sejam combinados em um grande grupo de substâncias. Por sua vez, é a estrutura cristalina dos metais que explica essas propriedades.
Propriedades dos metais
As propriedades específicas das substâncias em consideração incluem o seguinte.
- Brilho metálico. Todos os representantes de substâncias simples o possuem, e a maioria deles tem a mesma cor branco-prateada. Apenas alguns (ouro, cobre, ligas) são diferentes.
- Maleabilidade e plasticidade - a capacidade de deformar e recuperar com bastante facilidade. Para representantes diferentes, é expresso em uma extensão diferente.
- A condutividade elétrica e térmica é uma das principais propriedades que determina a abrangência do metal e suas ligas.
A estrutura cristalina dos metais e ligas explica a razão de cada uma das propriedades indicadas e fala de sua gravidade em cada representante particular. Se você conhece os recursos dessa estrutura, pode influenciar as propriedades da amostra e ajustá-la aos parâmetros desejados, o que as pessoas fazem há muitas décadas.
Estrutura cristalina atômica dos metais
O que é essa estrutura, como ela é caracterizada? O próprio nome sugere que todos os metais são cristais no estado sólido, ou seja, em condições normais (exceto o mercúrio, que é líquido). O que é um cristal?
Esta é uma imagem gráfica condicional construída cruzando linhas imaginárias através dos átomos que alinham o corpo. Em outras palavras, todo metal é composto de átomos. Eles estão localizados nele não aleatoriamente, mas com muita regularidade e consistência. Então, se mentalmentecombine todas essas partículas em uma estrutura, você terá uma bela imagem na forma de um corpo geométrico regular de qualquer forma.
Isso é o que é chamado de rede cristalina do metal. É muito complexo e espacialmente volumoso, portanto, por simplicidade, nem todo ele é mostrado, mas apenas uma parte, uma célula elementar. O conjunto de tais células, reunidas e refletidas no espaço tridimensional, forma redes cristalinas. Química, física e ciência dos metais são ciências que estudam as características estruturais de tais estruturas.
A própria célula elementar é um conjunto de átomos que estão localizados a uma certa distância uns dos outros e coordenam um número estritamente fixo de outras partículas ao seu redor. É caracterizada pela densidade de empacotamento, a distância entre as estruturas constituintes e o número de coordenação. Em geral, todos esses parâmetros são uma característica de todo o cristal e, portanto, refletem as propriedades exibidas pelo metal.
Existem várias variedades de treliças de cristal. Todos eles estão unidos por uma característica - há átomos nos nós e dentro há uma nuvem de gás de elétrons, que é formada pelo movimento livre de elétrons dentro do cristal.
Tipos de redes cristalinas
Quatorze opções para a estrutura da rede são geralmente combinadas em três tipos principais. Eles são os seguintes:
- Cúbica Centrada no Corpo.
- Hexagonal compacto.
- Cúbica de face centrada.
A estrutura cristalina dos metais só foi estudada através da microscopia eletrônica, quando se tornou possível obter grandes ampliações de imagens. E a classificação dos tipos de reticulados foi introduzida pela primeira vez pelo cientista francês Bravais, por cujo nome às vezes são chamados.
Malha Centrada no Corpo
A estrutura da rede cristalina de metais deste tipo é a seguinte estrutura. Este é um cubo, nos quais existem oito átomos. Outro está localizado no centro do espaço livre interno da célula, o que explica o nome "corpo-centrado".
Esta é uma das variantes da estrutura mais simples da célula elementar e, portanto, de toda a rede como um todo. Os seguintes metais têm este tipo:
- molibdênio;
- vanádio;
- chrome;
- manganês;
- ferro alfa;
- betta-iron e outros.
As principais propriedades desses representantes são um alto grau de maleabilidade e ductilidade, dureza e resistência.
Rede centrada na face
A estrutura cristalina dos metais com rede cúbica de face centrada é a seguinte estrutura. Este é um cubo, que inclui quatorze átomos. Oito deles formam os nós da rede, e mais seis estão localizados um em cada face.
Eles têm uma estrutura semelhante:
- alumínio;
- níquel;
- lead;
- ferro gama;
- cobre.
Principais propriedades distintivas - brilhodiferentes cores, leveza, resistência, maleabilidade, maior resistência à corrosão.
Rede hexagonal
A estrutura cristalina dos metais com este tipo de rede é a seguinte. A célula elementar é baseada em um prisma hexagonal. Existem 12 átomos em seus nós, mais dois nas bases e três átomos ficam livremente dentro do espaço no centro da estrutura. Dezessete átomos no total.
Metais como:
têm uma configuração complexa semelhante
- alpha titã;
- magnésio;
- alfa cob alto;
- zinco.
Principais propriedades - alta resistência, forte brilho prateado.
Defeitos na estrutura cristalina dos metais
No entanto, todos os tipos considerados de células podem ter falhas naturais, ou os chamados defeitos. Isso pode ser devido a vários motivos: átomos estranhos e impurezas em metais, influências externas e outros.
Portanto, existe uma classificação que reflete os defeitos que as redes cristalinas podem ter. A química como ciência estuda cada um deles a fim de identificar a causa e o remédio para que as propriedades do material não sejam alteradas. Então os defeitos são os seguintes.
- Ponto. Eles vêm em três tipos principais: vacâncias, impurezas ou átomos deslocados. Eles levam a uma deterioração das propriedades magnéticas do metal, sua condutividade elétrica e térmica.
- Linear, ou deslocamento. Aloque marginal e parafuso. Degradar a resistência e a qualidade do material.
- Superfíciedefeitos. Afeta a aparência e a estrutura dos metais.
Atualmente, foram desenvolvidos métodos para eliminar defeitos e obter cristais puros. No entanto, eles não podem ser completamente erradicados, a rede cristalina ideal não existe.
O valor do conhecimento sobre a estrutura cristalina dos metais
Do material acima, é óbvio que o conhecimento da estrutura fina e estrutura torna possível prever as propriedades do material e influenciá-las. E isso permite que você faça a ciência da química. A 9ª série de uma escola de educação geral se concentra em ensinar aos alunos uma compreensão clara da importância da cadeia lógica fundamental: composição - estrutura - propriedades - aplicação.
As informações sobre a estrutura cristalina dos metais ilustram essa relação com muita clareza e permitem que o professor explique e mostre claramente às crianças como é importante conhecer a estrutura fina para usar todas as propriedades de forma correta e competente.
