Фізичні властивості металів на основі їхньої будови.

Фізичні властивості металів на основі їхньої будови.

Що ви знаєте про метали? Які їхні основні характеристики?

Особливості будови атомів металів та їх кристалічної структури зумовлюють певні оптичні, механічні, теплові, електромагнітні та інші ознаки, сукупність яких складає фізичні властивості металів.

Оптичні властивості металів.

Металевий блиск. Металевий блиск зумовлюється здатністю металів майже повністю відбивати світлові промені будь-якої довжини спектру. Цим пояснюється білий чи сірий колір більшості металів. Частка світла, що поглинається, визначає інтенсивність блиску. Найяскравіше блищать паладій, іридій та срібло. Однак деякі метали (золото, мідь, цезій) сильніше поглинають світло з певними довжинами хвиль, тому вони забарвлені у жовті чи червоні кольори. У порошкоподібному стані більшість металів набуває чорного чи темно-сірого кольору

Непрозорість металів пов’язана із наявністю в кристалічній rратці вільних рухливих електронів, які гасять світлові коливання, перетворюючи їх у теплоту чи, в деяких випадках, використовуючи їх енергію для вивільнення електронів зі своєї поверхні (явище фотоефекту). Фотоефект — це явище, при якому на поверхні металу під впливом світла вивільняються електрони. Умови виникнення фотоефекту: Світло повинно мати достатню частоту (або енергію фотонів), щоб "вибити" електрони з металу. Світло повинно мати інтенсивність, достатню для виділення великої кількості електронів.

Непрозорість металів пов’язана із наявністю в кристалічній rратці вільних рухливих електронів, які гасять світлові коливання, перетворюючи їх у теплоту чи, в деяких випадках, використовуючи їх енергію для вивільнення електронів зі своєї поверхні (явище фотоефекту). Фотоефект — це явище, при якому на поверхні металу під впливом світла вивільняються електрони. Умови виникнення фотоефекту: Світло повинно мати достатню частоту (або енергію фотонів), щоб "вибити" електрони з металу. Світло повинно мати інтенсивність, достатню для виділення великої кількості електронів.

Механічні властивості металів. Пластичність – здатність без руйнування піддаватися деформаціям за умов звичайних чи підвищених температурах, завдяки чому метали можна кувати, прокатувати, штампувати, витягувати у дріт тощо. Найбільш пластичний метал – золото. Пластичність металів забезпечується специфічними особливостями металічного зв’язку: завдяки багатоцентровості та багатоелектронності він не розривається при дії механічних навантажень, які викликають тільки зміщення (ковзання) окремих шарів кристалічної решітки один відносно одного і перерозподіл електронного газу, що зв’язує атоми металу. Густина – інша характеристика механічних властивостей, залежно від якої метали поділяються на легкі та важкі. Як вже зазначалося, до легких металів, густина яких не перебільшує 5 г/см3, належать всі s-метали, алюміній, титан і скандій, а до важких – в основному d-метали V-VII періодів. Найлегший метал – літій (0,53 г/см3), найважчий –осмій (22,6 г/см3). Твердість – опір проникненню у метал іншого твердого тіла. Найтвердішими металами є хром, молібден і вольфрам, а найменш твердими – індій та лужні метали.

VISION Теплові властивостіТеплопровідність металів пояснюється тим, що вільні електрони обмінюються енергією з іонами, які знаходяться у вузлах кристалічної решітки. При нагріванні металу коливання іонів на його поверхні зростають, а енергія коливань через електронний газ миттєво передається сусіднім йонам, тому відбувається швидке вирівнювання температури по всій масі металу. Питома теплоємність для більшості металів має невисокі значення (менше 0,84 Дж/г. К), але все ж таки може коливатися у достатньо широкому діапазоні від 3,55 Дж/г·К у літію до 0,115 Дж/г·К в урану. Питома теплоємність — кількість теплоти, яку необхідно надати одиниці маси, щоб нагріти її на 1°C, або ж кількість теплоти, що виділяється за охолодження одиниці маси речовини. Теплопрові́дність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності: фізична величина, що характеризує інтенсивність теплообміну в речовині, яка дорівнює відношенню густини теплового потоку до градієнта температури.

Електромагнітні властивості металів. Електрична провідність зумовлюється наявністю зони провідності, на яку здатні легко переходити валентні електрони, що і забезпечує електропровідність металу. Максимальна електропровідність притаманна для металів, в атомах яких на зовнішньому s-підрівні міститься по одному електрону, це – хром, молібден і особливо мідь, срібло, золото. Магнітна сприйнятливість – це міра магнітних властивостей металів, які визначають їх поведінку у магнітному полі. Метали з негативною магнітною сприйнятливістю, які виявляють опір магнітним силовим полям, називаються діамагнітні метали. До них належать берилій, цинк, кадмій, ртуть, галій, германій. Метали з позитивною магнітною сприйнятливістю, які добре проводять магнітні силові поля, називають парамагнітні метали, а метали з особливо високою магнітною сприйнятливістю – феромагнітні метали. Парамагнітними є лужні, лужноземельні метали і метали побічних підгруп, а феромагнітними – тільки залізо, кобальт, нікель, гадоліній і диспрозій.

Попрацюємо з цікавими завданнями.

Корозія металів. Користуючись інтернетом, з'ясуйте, чому різні метали по-різному піддаються корозії. Поясніть, чому залізо іржавіє, а мідь або алюміній не піддаються такій корозії. Як структура атомів металу і взаємодія їх з водою та киснем визначають схильність до корозії?

Температура плавлення і будова металу. Використовуючи ресурси з Інтернету, знайдіть метал з найвищою температурою плавлення. Поясніть, чому температура плавлення саме цього металу найвища.

Моделювання металевого зв'язку Побудуйте кристалічну ґратку будь-якого металу (на вибір), використовуючи ШІ, наприклад: https://products.conholdate.app/uk/image/generate або https://gemini.google.com/app?hl=uk. Як атоми розташовані у решітці? Який тип металевого зв'язку характерний для кожного з металів?Як це впливає на їхні фізичні властивості (міцність, пластичність)?

Explain more about some facts related to the melting of arctic ice here. Будова металів і металевий зв'язок: Метали мають характерну металеву решітку, де атоми утримуються металевими зв'язками. У таких зв'язках електрони вільно переміщуються, що пояснює високі електричну і теплову провідність металів. В залежності від типу упаковки атомів (наприклад, об'ємно-центрована кубічна решітка або щільноупакована гексагональна решітка) метал може мати різні механічні властивості. Фізичні властивості металів: Міцність і пластичність: Міцність металів залежить від типу їхньої решітки, а пластичність визначається можливістю атомів ковзати один по відношенню до іншого. Теплопровідність і електропровідність: Вільні електрони в металі сприяють високій теплопровідності та електропровідності. Температура плавлення: Метали з більш міцними зв'язками мають вищу температуру плавлення (наприклад, залізо, титан). Корозія металів: Корозія є хімічною реакцією, яка руйнує метал під впливом навколишнього середовища (наприклад, окиснення заліза). Не тільки залізо піддається корозії, а й інші метали, хоча корозія в них має різні форми (питтінг для алюмінію, патина для міді). Для боротьби з корозією металів використовують різні методи, такі як покриття металів або використання захисних сплавів. Підсумок уроку