Лекція з теми : "Метали"

Мета́ли — клас хімічних елементів і речовин з такими хімічними та фізичними властивостями:добре проводять електричний струм і тепло,непрозорі, але здатні відбивати світло (мають металічний блиск),що дозволяє надавати виробам з них потрібної форми та розвальцьовувати їх,пластичні, що дає можливість витягати їх у тонкий дріт.за участі у хімічних реакціях є донорами електронів (віддають електрони). У твердому стані мають кристалічну будову (часто кубічні або гексагональні ґратки), відзначаються ковкістю. Атоми металів мають низькі енергії йонізації та малу спорідненість до електрона, отже легко втрачають електрони з утворенням катіонів. У сполуки зазвичай входять як катіони. В комплексах, де вони виступають центральними атомами, несуть позитивний заряд. Зв'язок атомів у металічних кристалах зумовлений надзвичайною рухливістю валентних електронів у кристалічних ґратках, утворених позитивними металічними йонами. В атомах металів 1 і 2 (лужні і лужноземельні метали) та 13—17 груп заповнюються s i p електронні підоболонки атомів, у металах d- та f-блоків — підоболонки d (перехідні метали) і f (лантаноїди і актиноїди). Близько 80 % хімічних елементів є металами. Метали

Існують тіла аморфні і кристалічні. Структура аморфних тіл складається з хаотично розташованих атомів. До таких тіл відносяться, наприклад, скло, бурштин, смоли і т. П. Кристалічні тіла відрізняються від аморфних тим, що атоми в них розташовуються в геометрично правильному порядку. Метали і металеві сплави відносяться до типових кристалічним тілам. Атоми, розташовуючись в металах в строго визначеному геометричному порядку, утворюють кристалічну решітку . Залежно від розташування атомів утворюються різні види кристалічних решіток. У металах найчастіше зустрічаються кристалічні решітки у вигляді центрованого куба, гранецентрированного куба і гексагональної призми. Такі, наприклад, метали як хром, ванадій, вольфрам, молібден і ряд інших, мають кристалічну решітку у вигляді центрированного КУп. АП , в якій вісім атомів розташовуються в кутах куба і один - в центрі куба. Алюміній, мідь, свинець, нікель, срібло та ін. Мають кристалічну решітку - гранецентрированную. У вигляді куба з центрованими гранями. У такій решітці в кожному кутку куба знаходиться по одному атому і по одному атому в центрі кожної грані. Всього, отже, 14 атомів.

Кристалiчнi грати. Кристалічну решітку в зіде гексагональної призми мають такі метали, як, наприклад, цинк, титан, марганець. Розташування атомів в кристалічній решітці типу гексагональної призми наступне: в кожному кутку призми знаходиться по одному атому, в центрі верхнього підстави один атом, в центрі нижньої основи один атом і три атома в середньому перерізі.

кристалічнi решіткиа - куб центрований; б - куб гранецентрированний; в - гексагональна призма. Відстані між атомами в кристалічній решітці надзвичайно малі і вимірюються спеціальної одиницею довжини, яка носить назву ангстрема (по імені вченого). Один ангстрем дорівнює одній стомільйонний Юлі сантиметра. У розплавленому рідкому металі атоми знаходяться в двіженіі.'Двіженіе їх носить хаотичний характер, але в міру того, як температура металу знижується і наближається до критичної, т. Е. До температури затвердіння, в ньому утворюються так звані центри кристалізації, або зародки кристалізації. Центри кристалізації є надзвичайно дрібні групи атомів, які групуються в геометрично правильному порядку. Утворені зародки кристалізації дуже нестійкі, і багато хто з них знову розчиняються. Практичними спостереженнями встановлено, що зародки кристалізації набувають стійкості і починають рости тоді, коли рідкий метал переохолоджуватиметься до деякої температури. Крива охолодження чистого металу дає наочне уявлення про те, як протікає процес кристалізації.

Типи кристалічних ґраток та їх параметри. Найменша комірка кристалічної ґратки, зсувом якої можна відтворити весь кристал, називається примітивною коміркою. У випадку простої ґратки, у якій всі атоми одного сорту, примітивна комірка містить один атом. Типи кристалічних ґраток та їх параметри: Найменша комірка, яка зберігає усі елементи симетрії кристалу, називається елементарною коміркою. Навіть у випадку кристалу із одним сортом атомів елементарна комірка містить кілька атомів. Наприклад, кристал заліза має кубічну об'ємноцентровану ґратку із 2 атомами в елементарній комірці. При високих температурах залізо переходить у фазу з ґранецентрованою кубічною ґраткою із 4 атомами в елементарній комірці.

Типи просторових ґраток. Триклінна моноклінна ромбічнапримітивнабазоцентрованапримітивнабазоцентрованаоб'ємноцентрованагранецентрована

Гексагональна Тригональна тетрагональна Кубічна примітивнаоб'ємноцентрована примітивнаоб'ємноцентрованагранецентрована 

Дефекти кристалічної ґратки. Розташування структурних елементів у кристалічних ґратках мінералів рідко відповідає цій класичній картині, яка характеризується послідовним розташуванням у ґратці атомів або йонів (так звані ідеальні кристали). На противагу ідеальним кристалам, для яких характерне правильне розташування і періодичність атомів або йонів, реальні кристали відрізняються рядом відхилень — дефектів кристалічної ґратки (дислокацій). Згідно з загальноприйнятою класифікацією, розрізняють такі дефекти кристалічної ґратки : А)пустий вузол, створений внаслідок випадання з ідеальної ґратки атома або йона;Б)власний атом або йон ґратки, розташований між її вузлами;В)чужорідний атом або йон, розташований між вузлами ґратки;Г)чужорідний атом, який заміщає власний атом ґратки;Д)йон у ґратці в нормальному стані, але з аномальним зарядом.

Дефекти Френкеля. Дефекти кристалічних ґраток, що полягають у розміщенні певної кількості атомів чи йонів у міжвузлях, причому частина вузлів може залишитись незайнятою. Дефекти Шоткі Дефекти кристалічних ґраток, що полягають у перенесенні певної кількості атомів чи йонів з вузлових позицій усередині кристала на його поверхню, частина вузлів відповідно залишається незайнятою.

Енергія ґратки1. Зміна внутрішньої енергії (ΔU при 0 К) в процесі взаємного віддалення елементів структури кристала з віддалі, на якій вони знаходяться в кристалі в рівноважному стані, до нескінченності.2. Енергія, яка виділяється при уявному процесі, в якому ізольовані йони, які знаходились на нескінченній віддалі один від одного, зблизились з утворенням кристала йонної сполуки.