L'un des matériaux les plus courants avec lesquels les gens ont toujours préféré travailler est le métal. À chaque époque, la préférence était donnée à différents types de ces substances étonnantes. Ainsi, les millénaires IV-III avant JC sont considérés comme l'âge du Chalcolith, ou du cuivre. Plus tard, il est remplacé par le bronze, puis celui qui est toujours d'actualité aujourd'hui - le fer entre en vigueur.
Aujourd'hui, il est généralement difficile d'imaginer qu'il était autrefois possible de se passer de produits métalliques, car presque tout, des articles ménagers aux instruments médicaux en passant par les équipements lourds et légers, est constitué de ce matériau ou comprend des pièces séparées de lui. Pourquoi les métaux ont-ils réussi à gagner une telle popularité ? Quelles sont les caractéristiques et comment elles sont inhérentes à leur structure, essayons de mieux comprendre.
Concept général des métaux
"Chimie. 9e année" est un manuel quiles écoliers apprennent. C'est en elle que les métaux sont étudiés en détail. L'examen de leurs propriétés physiques et chimiques fait l'objet d'un grand chapitre, car leur diversité est extrêmement grande.
C'est à partir de cet âge qu'il est recommandé de donner aux enfants une idée sur ces atomes et leurs propriétés, car les adolescents peuvent déjà pleinement apprécier la valeur d'une telle connaissance. Ils voient parfaitement que la variété des objets, machines et autres choses qui les entourent est basée sur une nature métallique.
Qu'est-ce que le métal ? Du point de vue de la chimie, il est d'usage de désigner ces atomes comme ceux qui ont:
- un petit nombre d'électrons dans le niveau externe;
- présente de fortes propriétés réparatrices;
- avoir un grand rayon atomique;
- comment les substances simples ont un certain nombre de propriétés physiques spécifiques.
La base des connaissances sur ces substances peut être obtenue en considérant la structure cristalline atomique des métaux. Il explique toutes les caractéristiques et propriétés de ces composés.
Dans le système périodique des métaux, la majeure partie du tableau entier est attribuée, car ils forment tous les sous-groupes secondaires et les principaux du premier au troisième groupe. Par conséquent, leur supériorité numérique est évidente. Les plus courantes sont:
- calcium;
- sodium;
- titane;
- fer;
- magnésium;
- aluminium;
- potassium.
Tous les métaux ont un certain nombre de propriétés qui leur permettent d'être combinés en un seul grand groupe de substances. À son tour, c'est la structure cristalline des métaux qui explique ces propriétés.
Propriétés des métaux
Les propriétés spécifiques des substances considérées sont les suivantes.
- Éclat du métal. Tous les représentants de substances simples le possèdent et la plupart d'entre eux ont la même couleur blanc argenté. Seuls quelques-uns (or, cuivre, alliages) sont différents.
- Malléabilité et plasticité - la capacité de se déformer et de récupérer assez facilement. Pour différents représentants, il est exprimé dans une mesure différente.
- La conductivité électrique et thermique est l'une des principales propriétés qui déterminent la portée du métal et de ses alliages.
La structure cristalline des métaux et des alliages explique la raison de chacune des propriétés indiquées et parle de leur sévérité dans chaque représentant particulier. Si vous connaissez les caractéristiques d'une telle structure, vous pouvez influencer les propriétés de l'échantillon et l'ajuster aux paramètres souhaités, ce que les gens font depuis de nombreuses décennies.
Structure cristalline atomique des métaux
Qu'est-ce qu'une telle structure, par quoi se caractérise-t-elle ? Le nom lui-même suggère que tous les métaux sont des cristaux à l'état solide, c'est-à-dire dans des conditions normales (à l'exception du mercure, qui est un liquide). Qu'est-ce qu'un cristal ?
Il s'agit d'une image graphique conditionnelle construite en croisant des lignes imaginaires à travers les atomes qui alignent le corps. En d'autres termes, chaque métal est composé d'atomes. Ils ne s'y trouvent pas au hasard, mais très régulièrement et de manière cohérente. Donc, si mentalementcombinez toutes ces particules en une seule structure, vous obtenez une belle image sous la forme d'un corps géométrique régulier de n'importe quelle forme.
C'est ce qu'on appelle le réseau cristallin du métal. Il est très complexe et spatialement volumineux, donc, pour simplifier, tout n'est pas représenté, mais seulement une partie, une cellule élémentaire. L'ensemble de ces cellules, rassemblées et réfléchies dans l'espace tridimensionnel, forme des réseaux cristallins. La chimie, la physique et la science des métaux sont des sciences qui étudient les caractéristiques structurelles de telles structures.
La cellule élémentaire elle-même est un ensemble d'atomes situés à une certaine distance les uns des autres et coordonnant autour d'eux un nombre strictement fixe d'autres particules. Il est caractérisé par la densité de tassement, la distance entre les structures constitutives et le nombre de coordination. En général, tous ces paramètres sont une caractéristique de l'ensemble du cristal et reflètent donc les propriétés présentées par le métal.
Il existe plusieurs variétés de réseaux cristallins. Tous sont unis par une caractéristique - il y a des atomes dans les nœuds, et à l'intérieur il y a un nuage de gaz d'électrons, qui est formé par le libre mouvement des électrons à l'intérieur du cristal.
Types de réseaux cristallins
Quatorze options pour la structure du treillis sont généralement combinées en trois types principaux. Ils sont les suivants:
- Cubique centré sur le corps.
- Hexagonal serré.
- Cubique à faces centrées.
La structure cristalline des métaux n'a été étudiée qu'au microscope électronique, lorsqu'il est devenu possible d'obtenir de grands grossissements d'images. Et la classification des types de réseaux a été introduite pour la première fois par le scientifique français Bravais, par le nom duquel ils sont parfois appelés.
Treillis centré sur le corps
La structure du réseau cristallin des métaux de ce type est la structure suivante. Il s'agit d'un cube aux nœuds duquel se trouvent huit atomes. Un autre est situé au centre de l'espace interne libre de la cellule, ce qui explique le nom "body-centered".
C'est l'une des variantes de la structure la plus simple de la cellule élémentaire, et donc de l'ensemble du réseau dans son ensemble. Les métaux suivants ont ce type:
- molybdène;
- vanadium;
- chrome;
- manganèse;
- fer alpha;
- betta-fer et autres.
Les principales propriétés de ces représentants sont un degré élevé de malléabilité et de ductilité, de dureté et de résistance.
Treillis à faces centrées
La structure cristalline des métaux ayant un réseau cubique à faces centrées est la structure suivante. C'est un cube qui comprend quatorze atomes. Huit d'entre eux forment les nœuds du réseau, et six autres sont situés un sur chaque face.
Ils ont une structure similaire:
- aluminium;
- nickel;
- première;
- fer gamma;
- cuivre.
Principales propriétés distinctives - brillancedifférentes couleurs, légèreté, solidité, malléabilité, résistance accrue à la corrosion.
Treillis hexagonal
La structure cristalline des métaux avec ce type de réseau est la suivante. La cellule élémentaire est basée sur un prisme hexagonal. Il y a 12 atomes dans ses nœuds, deux autres à la base et trois atomes se trouvent librement à l'intérieur de l'espace au centre de la structure. Dix-sept atomes au total.
Les métaux tels que:
ont une configuration complexe similaire
- alpha titan;
- magnésium;
- cob alt alpha;
- zinc.
Propriétés principales - haute résistance, fort lustre argenté.
Défauts dans la structure cristalline des métaux
Cependant, tous les types de cellules considérés peuvent avoir des défauts naturels, ou soi-disant défauts. Cela peut être dû à diverses raisons: atomes étrangers et impuretés dans les métaux, influences externes et autres.
Par conséquent, il existe une classification qui reflète les défauts que les réseaux cristallins peuvent avoir. La chimie en tant que science étudie chacun d'eux afin d'identifier la cause et le remède afin que les propriétés du matériau ne soient pas modifiées. Les défauts sont donc les suivants.
- Pointer. Ils se présentent sous trois types principaux: les lacunes, les impuretés ou les atomes disloqués. Ils entraînent une détérioration des propriétés magnétiques du métal, de sa conductivité électrique et thermique.
- Linéaire, ou luxation. Attribuer marginal et visser. Dégrader la résistance et la qualité du matériau.
- Surfacedéfauts. Affecter l'apparence et la structure des métaux.
Actuellement, des méthodes ont été développées pour éliminer les défauts et obtenir des cristaux purs. Cependant, ils ne peuvent pas être complètement éradiqués, le réseau cristallin idéal n'existe pas.
La valeur des connaissances sur la structure cristalline des métaux
D'après le matériau ci-dessus, il est évident que la connaissance de la structure fine et de la structure permet de prédire les propriétés du matériau et de les influencer. Et cela vous permet de faire la science de la chimie. La 9e année d'une école d'enseignement général vise à enseigner aux élèves une compréhension claire de l'importance de la chaîne logique fondamentale: composition - structure - propriétés - application.
Les informations sur la structure cristalline des métaux illustrent très clairement cette relation et permettent à l'enseignant d'expliquer clairement et de montrer aux enfants à quel point il est important de connaître la structure fine afin d'utiliser correctement et avec compétence toutes les propriétés.
