Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

16.09.2015

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів

Одним з найбільш поширених матеріалів, з яким завжди воліли працювати люди, був метал. В кожну епоху перевага віддавалася різних видів цих дивовижних речовин. Так, IV-III тисячоліття до нашої ери вважаються століттям хальколита, або мідним. Пізніше його змінює бронзовий, а потім набирає чинності той, що і донині є актуальним — залізний.

Сьогодні взагалі складно уявити, що колись можна було обходитися без металевих виробів, адже практично все, починаючи від предметів побуту, медичних інструментів і закінчуючи важкою і легкою технікою, складається з цього матеріалу чи включає в свій склад окремі частини з нього. Чому ж метали зуміли завоювати таку популярність? У чому проявляються особливості і як це закладено в їх будові, спробуємо розібратися далі.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Загальне поняття про метали

«Хімія. 9 клас» — це підручник, по якому проходять навчання школярі. Саме в ньому докладно вивчаються метали. Розгляду їх фізичних і хімічних властивостей відведена велика голова, адже різноманітність їх надзвичайно велике.

Саме з цього віку рекомендують давати дітям уявлення про атомах і їх властивості, адже підлітки вже можуть оцінити значення подібних знань. Вони прекрасно бачать, що оточує їх різноманітність предметів, машин і інших речей має у своїй основі як раз металеву природу.

Що ж таке метал? З точки зору хімії, до даних атомів прийнято відносити ті, що мають:

  • мале число електронів на зовнішньому рівні;
  • виявляють сильні відновні властивості;
  • мають великий атомний радіус;
  • як прості речовини володіють рядом специфічних фізичних властивостей.

Основу знань про ці речовини можна отримати, якщо розглянути атомно-кристалічна будова металів. Саме воно пояснює всі особливості і властивості даних сполук.

У періодичній системі для металів відводиться більша частина всієї таблиці, адже вони утворюють всі побічні підгрупи і головні з першої по третю групу. Тому їх чисельну перевагу очевидно. Найпоширенішими є:

Всі метали мають ряд властивостей, які дозволяють об’єднувати їх в одну велику групу речовин. У свою чергу, ці властивості пояснює саме кристалічна будова металів.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Властивості металів

До специфічним властивостям розглянутих речовин відносять наступні.

  1. Металевий блиск. Всі представники простих речовин ним володіють, причому більшість однаковим сріблясто-білим кольором. Лише деякі (золото, мідь, сплави) відрізняються.
  2. Ковкість і пластичність — здатність деформуватися і відновлюватися досить легко. У різних представників виражена в неоднаковій мірі.
  3. Електропровідність і теплопровідність — одне з основних властивостей, що визначає області застосування металу і його сплавів.

Кристалічна будова металів та сплавів пояснює причину кожного з означених властивостей і говорить про їх вираженості у кожного конкретного представника. Якщо знати особливості такої будови, то можна впливати на властивості зразка і підлаштовувати його під потрібні параметри, що і роблять люди вже багато десятиліть.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Атомно-кристалічна будова металів

У чому ж полягає така будова, чим характеризується? Сама назва говорить про те, що всі метали являють собою кристали у твердому стані, тобто при звичайних умовах (крім ртуті, яка є рідиною). А що таке кристал?

Це умовне графічне зображення, побудоване шляхом перетину уявних ліній через атоми, які вибудовують тіло. Іншими словами, кожен метал складається з атомів. Вони розташовуються в ньому не хаотично, а дуже правильно і послідовно. Так от, якщо подумки з’єднати всі ці частинки в одну структуру, то вийде гарне зображення у вигляді правильного геометричного тіла будь-якої форми.

Це і прийнято називати кристалічною решіткою металу. Вона дуже складна і просторово об’ємна, тому для спрощення показують не всю її, а лише частину, елементарну комірку. Сукупність таких осередків, зібрана разом і відображена у тривимірному просторі, і утворює кристалічні решітки. Хімія, фізика і металознавство — це науки, які займаються вивченням особливостей будови таких структур.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Сама елементарна комірка — це набір атомів, які розташовуються на певній відстані один від одного і координують навколо себе суворо фіксоване число інших частинок. Вона характеризується щільністю упаковки, відстанню між складовими структурами, координаційним числом. У цілому всі ці параметри є характеристикою і всього кристалу, а значить, відображають і проявляються металом властивості.

Існує кілька різновидів кристалічних решіток. Об’єднує їх всі одна особливість — у вузлах знаходяться атоми, а всередині розташовується хмара електронного газу, який формується шляхом вільного пересування електронів усередині кристала.

Типи кристалічних решіток

Чотирнадцять варіантів будови решітки прийнято об’єднувати в три основних типи. Вони наступні:

  1. Об’ємно-центрована кубічна.
  2. Гексагональна плотноупакованная.
  3. Гранецентрированная кубічна.

Кристалічна будова металів було вивчено тільки завдяки електронній мікроскопії, коли стало можливим одержувати великі збільшення зображень. А класифікацію типів грат вперше привів французький вчений Браві, за прізвищем якого їх іноді називають.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Об’ємно-центрована решітка

Будова кристалічної решітки металів даного типу являє собою наступну структуру. Це куб, у вузлах якого знаходиться вісім атомів. Ще один розташовується в центрі вільного внутрішнього простору комірки, що і пояснює назву «об’ємно-центрована».

Це один з варіантів найбільш простого будови елементарної комірки, а значить, і всієї решітки в цілому. Такий тип мають такі метали:

  • молібден;
  • ванадій;
  • хром;
  • марганець;
  • альфа-залізо;
  • бетта-залізо та інші.

Основні властивості таких представників — висока ступінь ковкості і пластичності, твердість і міцність.

Гранецентрированная решітка

Кристалічна будова металів, що мають гранецентрованої кубічну решітку, являє собою наступну структуру. Це куб, який включає в свій склад чотирнадцять атомів. Вісім з них формують вузли решітки, а ще шість розташовані по одному на кожній грані.

Подібну структуру мають:

Основні відмінні властивості — блиск різного кольору, легкість, міцність, ковкість, підвищена стійкість до корозії.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Гексагональна решітка

Кристалічна будова металів, що володіють даним типом решітки, наступне. В основі елементарної комірки лежить шестигранна призма. В її вузлах розташовується 12 атомів, ще два з підстав і три атома вільно лежать всередині простору в центрі структури. Всього сімнадцять атомів.

Подібну складну конфігурацію мають такі метали, як:

  • альфа-титан;
  • магній;
  • альфа-кобальт;
  • цинк.

Основні властивості — високий ступінь міцності, сильний сріблястий блиск.

Дефекти кристалічної будови металів

Проте всі розглянуті типи комірок можуть мати і природні недоліки, або так звані дефекти. Це може бути пов’язано з різними причинами: сторонніми атомами і домішками в металах, зовнішніми впливами і іншим.

Тому існує класифікація, яка відображає дефекти, які можуть мати кристалічні решітки. Хімія як наука вивчає кожен з них з метою виявлення причини та способи усунення, щоб властивості матеріалу не були змінені. Отже, дефекти наступні.

  1. Точкові. Вони бувають трьох основних видів: вакансії, домішки або дислоковані атоми. Призводять до погіршення магнітних властивостей металу, електро — і теплопровідності його.
  2. Лінійні, або дислокаційні. Виділяють крайові та гвинтові. Погіршують міцність і якість матеріалу.
  3. Поверхневі дефекти. Впливають на зовнішній вигляд і структуру металів.

В даний час розроблені методики усунення дефектів і отримання чистих кристалів. Однак зовсім викорінити їх не вдається, ідеальної кристалічної решітки не існує.

Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів, FB.ru

Значення знань про кристалічну будову металів

З вищевикладеного матеріалу очевидно, що знання про тонку структуру і будову дозволяють спрогнозувати властивості матеріалу і вплинути на них. І це дозволяє робити наука хімія. 9 клас загальноосвітньої школи робить у процесі навчання упор на те, щоб сформувати в учнів чітке поняття про важливому значенні основоположною логічного ланцюжка: склад — будову — властивості — застосування.

Відомості про кристалічну будову металів дуже чітко ілюструє цю залежність і дозволяє вчителю наочно пояснити і показати дітям, наскільки важливо знати тонку структуру, щоб правильно і грамотно використовувати всі властивості.

Короткий опис статті: кристалічна будова металів Одним з найпоширеніших матеріалів, з яким завжди воліли працювати люди, був метал. В кожну епоху перевага віддавалася різних видів цих дивовижних речовин. Так, IV-III тисячоліття до нашої ери вважаються століттям хальколита, або мідним. Пізніше його змінює бронзовий, а потім набирає чинності той, що і донині є актуальним — залізний. кристалічна будова металів атомно-кристалічна будова металів хімія 9 клас

Джерело: Кристалічна будова металів. Кристалічна решітка металів — FB.ru

Також ви можете прочитати