אחד החומרים הנפוצים ביותר שאנשים תמיד העדיפו לעבוד איתם היה מתכת. בכל תקופה ניתנה עדיפות לסוגים שונים של החומרים המדהימים הללו. אז, IV-III אלפי שנים לפני הספירה נחשבים לעידן של כלקולית, או נחושת. מאוחר יותר הוא מוחלף בברונזה, ואז זה שרלוונטי עד היום - ברזל נכנס לתוקף.
היום בדרך כלל קשה לדמיין שפעם אפשר היה להסתדר בלי מוצרי מתכת, כי כמעט הכל, מחפצי בית, מכשירים רפואיים וכלה בציוד כבד וקל, מורכב מהחומר הזה או כולל חלקים נפרדים החוצה שלו. מדוע מתכות הצליחו לצבור פופולריות כזו? מהן התכונות וכיצד היא טבועה במבנה שלהן, בואו ננסה להבין זאת עוד יותר.
קונספט כללי של מתכות
"כימיה. כיתה ט'" הוא ספר לימוד שתלמידי בית ספר לומדים. זה בו כי מתכות נחקרות בפירוט. התחשבות בתכונות הפיזיקליות והכימיות שלהם מוקדשת לפרק גדול, משום שהמגוון שלהם גדול ביותר.
מגיל זה מומלץ לתת לילדים מושג על האטומים הללו ותכונותיהם, כי בני נוער כבר יכולים להעריך לחלוטין את הערך של ידע כזה. הם רואים בצורה מושלמת שמגוון החפצים, המכונות ודברים אחרים סביבם מבוסס על אופי מתכתי.
מה זה מתכת? מנקודת מבט של כימיה, נהוג להתייחס לאטומים אלו כאל אלו שיש להם:
- מספר קטן של אלקטרונים במפלס החיצוני;
- הצג תכונות שיקום חזקות;
- יש רדיוס אטומי גדול;
- איך לחומרים פשוטים יש מספר תכונות פיזיקליות ספציפיות.
את בסיס הידע על חומרים אלה ניתן להשיג על ידי התחשבות במבנה האטומי-גבישי של מתכות. זה מסביר את כל התכונות והמאפיינים של תרכובות אלה.
במערכת המחזורית למתכות, רוב הטבלה כולה מוקצה, מכיוון שהן יוצרות את כל תת הקבוצות המשניות והעיקריות מהקבוצה הראשונה עד השלישית. לכן, העליונות המספרית שלהם ברורה. הנפוצים ביותר הם:
- calcium;
- sodium;
- titanium;
- ברזל;
- magnesium;
- aluminum;
- פוטסיום.
לכל המתכות יש מספר תכונות המאפשרות לשלב אותן לקבוצה אחת גדולה של חומרים. בתורו, מבנה הגביש של מתכות הוא שמסביר את התכונות הללו.
מאפיינים של מתכות
המאפיינים הספציפיים של החומרים הנבדקים כוללים את הדברים הבאים.
- ברק מתכת. כל הנציגים של חומרים פשוטים מחזיקים אותו, ולרובם יש את אותו צבע לבן-כסף. רק מעטים (זהב, נחושת, סגסוגות) שונים.
- גמישות וגמישות - היכולת לעיוות ולהתאושש בקלות מספיק. עבור נציגים שונים זה בא לידי ביטוי במידה שונה.
- מוליכות חשמלית ותרמית היא אחד המאפיינים העיקריים הקובעים את היקף המתכת והסגסוגות שלה.
מבנה הגבישי של מתכות וסגסוגות מסביר את הסיבה לכל אחת מהתכונות המצוינות ומדבר על חומרתן בכל נציג מסוים. אם אתה מכיר את התכונות של מבנה כזה, אז אתה יכול להשפיע על המאפיינים של המדגם ולהתאים אותו לפרמטרים הרצויים, מה שאנשים עושים כבר עשורים רבים.
מבנה גביש אטומי של מתכות
מהו מבנה כזה, במה הוא מאופיין? השם עצמו מעיד על כך שכל המתכות הן גבישים במצב מוצק, כלומר בתנאים רגילים (פרט לכספית שהיא נוזל). מה זה קריסטל?
זוהי תמונה גרפית מותנית הבנויה על ידי חציית קווים דמיוניים דרך האטומים שמסדרים את הגוף. במילים אחרות, כל מתכת מורכבת מאטומים. הם ממוקמים בו לא באופן אקראי, אלא מאוד קבוע ועקבי. אז, אם מבחינה נפשיתשלב את כל החלקיקים האלה למבנה אחד, אתה מקבל תמונה יפה בצורת גוף גיאומטרי רגיל בכל צורה.
זה מה שנקרא סריג הקריסטל של המתכת. הוא מורכב מאוד ובעל נפח מרחבי, לכן, לשם הפשטות, לא הכל מוצג, אלא רק חלק, תא יסודי. מערך התאים הללו, המובא יחד ומשתקף בחלל התלת מימדי, יוצר סריגים של גביש. כימיה, פיזיקה ומדע מתכת הם מדעים החוקרים את התכונות המבניות של מבנים כאלה.
התא היסודי עצמו הוא קבוצה של אטומים הממוקמים במרחק מסוים זה מזה ומתאמים מספר קבוע של חלקיקים אחרים סביבם. הוא מאופיין בצפיפות האריזה, המרחק בין המבנים המרכיבים ומספר התיאום. באופן כללי, כל הפרמטרים הללו הם מאפיין של הגביש כולו, ולכן משקפים את התכונות שמציגה המתכת.
ישנם מספר סוגים של סריג קריסטל. כולם מאוחדים על ידי תכונה אחת - יש אטומים בצמתים, ובפנים יש ענן של גז אלקטרונים, שנוצר מתנועה חופשית של אלקטרונים בתוך הגביש.
סוגי סריג קריסטל
ארבע עשרה אפשרויות למבנה הסריג משולבות בדרך כלל לשלושה סוגים עיקריים. הם כדלקמן:
- קובי במרכז הגוף.
- משושה צפוף.
- מעוקב במרכז הפנים.
מבנה הגבישי של מתכות נחקר רק באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני, כאשר ניתן היה להשיג הגדלות גדולות של תמונות. ואת הסיווג של סוגי הסריג הציג לראשונה המדען הצרפתי Bravais, שבשמו הם נקראים לפעמים.
סריג במרכז הגוף
מבנה סריג הקריסטל של מתכות מסוג זה הוא המבנה הבא. זוהי קובייה, שבצמתים שלה יש שמונה אטומים. אחד נוסף ממוקם במרכז החלל הפנימי הפנוי של התא, מה שמסביר את השם "במרכז הגוף".
זוהי אחת הגרסאות של המבנה הפשוט ביותר של התא היסודי, ומכאן הסריג כולו בכללותו. למתכות הבאות יש את הסוג הזה:
- מוליבדן;
- vanadium;
- chrome;
- manganese;
- ברזל אלפא;
- betta-iron ואחרים.
המאפיינים העיקריים של נציגים כאלה הם רמה גבוהה של גמישות וגמישות, קשיות וחוזק.
סריג במרכז הפנים
מבנה הגביש של מתכות בעלות סריג מעוקב במרכז הפנים הוא המבנה הבא. זוהי קובייה, הכוללת ארבעה עשר אטומים. שמונה מהם יוצרים את צמתי הסריג, ושישה נוספים ממוקמים אחד על כל פנים.
יש להם מבנה דומה:
- aluminum;
- ניקל;
- lead;
- ברזל גמא;
- copper.
מאפיינים עיקריים - ברקצבעים שונים, קלילות, חוזק, גמישות, עמידות מוגברת בפני קורוזיה.
סריג משושה
מבנה הגביש של מתכות עם סוג זה של סריג הוא כדלקמן. התא היסודי מבוסס על פריזמה משושה. ישנם 12 אטומים בצמתים שלו, שניים נוספים בבסיסים ושלושה אטומים שוכבים בחופשיות בתוך החלל במרכז המבנה. 17 אטומים בסך הכל.
למתכות כגון:
יש תצורה מורכבת דומה
- alpha titan;
- magnesium;
- אלפא קובלט;
- zinc.
מאפיינים עיקריים - חוזק גבוה, ברק כסף חזק.
פגמים במבנה הגבישי של מתכות
עם זאת, לכל סוגי התאים הנחשבים עשויים להיות פגמים טבעיים, או מה שנקרא פגמים. זה עשוי לנבוע מסיבות שונות: אטומים זרים וזיהומים במתכות, השפעות חיצוניות ואחרות.
לכן, יש סיווג שמשקף את הפגמים שיכולים להיות לסריגי קריסטל. כימיה כמדע חוקרת כל אחד מהם על מנת לזהות את הסיבה והתרופה כך שתכונות החומר לא ישתנו. אז הפגמים הם כדלקמן.
- נקודה. הם באים בשלושה סוגים עיקריים: מקומות פנויים, זיהומים או אטומים שנעקרו ממקומם. הם מובילים להידרדרות בתכונות המגנטיות של המתכת, מוליכותה החשמלית והתרמית.
- לינארית, או נקע. הקצו שוליים והברג. פגום בחוזק ואיכות החומר.
- משטחפגמים. להשפיע על המראה והמבנה של מתכות.
כיום פותחו שיטות להעלמת פגמים ולהשגת גבישים טהורים. עם זאת, לא ניתן להכחיד אותם לחלוטין, סריג הקריסטל האידיאלי אינו קיים.
ערך הידע על מבנה הגביש של מתכות
מהחומר הנ ל ברור שהכרת המבנה והמבנה העדין מאפשרת לחזות את תכונות החומר ולהשפיע עליהם. וזה מאפשר לך לעשות את מדע הכימיה. כיתה ט' של בית ספר לחינוך כללי מתמקדת בהוראת התלמידים הבנה ברורה של חשיבות השרשרת הלוגית הבסיסית: הרכב - מבנה - מאפיינים - יישום.
מידע על מבנה הגביש של מתכות ממחיש את הקשר הזה בצורה ברורה מאוד ומאפשר למורה להסביר ולהראות לילדים בבירור כמה חשוב להכיר את המבנה העדין כדי להשתמש נכון ומוכשר בכל המאפיינים.
