Uno de los materiales más comunes con los que la gente siempre ha preferido trabajar ha sido el metal. En cada era, se dio preferencia a diferentes tipos de estas asombrosas sustancias. Entonces, los milenios IV-III a. C. se consideran la edad de Calcolito o cobre. Más tarde es reemplazado por bronce, y luego entra en vigor el que sigue siendo relevante hoy en día: el hierro.
Hoy en día, en general, es difícil imaginar que alguna vez fue posible prescindir de los productos metálicos, porque casi todo, desde artículos para el hogar, instrumentos médicos y terminando con equipos pesados y livianos, consiste en este material o incluye partes separadas. de él. ¿Por qué los metales lograron ganar tanta popularidad? ¿Cuáles son las características y cómo es inherente a su estructura? Intentemos averiguarlo más a fondo.
Concepto general de los metales
"Química. Grado 9" es un libro de texto queescolares aprendiendo. Es en él que los metales se estudian en detalle. La consideración de sus propiedades físicas y químicas se dedica a un capítulo extenso, porque su diversidad es extremadamente grande.
Es a partir de esta edad que se recomienda dar a los niños una idea sobre estos átomos y sus propiedades, porque los adolescentes ya pueden apreciar plenamente el valor de tal conocimiento. Ven perfectamente que la variedad de objetos, máquinas y otras cosas a su alrededor se basa en una naturaleza metálica.
¿Qué es el metal? Desde el punto de vista de la química, es costumbre referirse a estos átomos como aquellos que tienen:
- una pequeña cantidad de electrones en el nivel exterior;
- mostrar fuertes propiedades restauradoras;
- tienen un radio atómico grande;
- cómo las sustancias simples tienen una serie de propiedades físicas específicas.
La base del conocimiento sobre estas sustancias se puede obtener considerando la estructura de cristal atómico de los metales. Explica todas las características y propiedades de estos compuestos.
En el sistema periódico de los metales, se asigna la mayor parte de toda la tabla, porque forman todos los subgrupos secundarios y los principales del primer al tercer grupo. Por lo tanto, su superioridad numérica es obvia. Los más comunes son:
- calcio;
- sodio;
- titanio;
- hierro;
- magnesio;
- aluminio;
- potasio.
Todos los metales tienen una serie de propiedades que les permiten combinarse en un gran grupo de sustancias. A su vez, es la estructura cristalina de los metales la que explica estas propiedades.
Propiedades de los metales
Las propiedades específicas de las sustancias bajo consideración incluyen lo siguiente.
- Brillo metálico. Todos los representantes de sustancias simples lo poseen, y la mayoría de ellos tienen el mismo color blanco plateado. Solo unos pocos (oro, cobre, aleaciones) son diferentes.
- Maleabilidad y plasticidad: la capacidad de deformarse y recuperarse con bastante facilidad. Para diferentes representantes se expresa en diferente medida.
- La conductividad eléctrica y térmica es una de las principales propiedades que determina el alcance del metal y sus aleaciones.
La estructura cristalina de los metales y aleaciones explica el porqué de cada una de las propiedades indicadas y habla de su severidad en cada representante particular. Si conoce las características de dicha estructura, puede influir en las propiedades de la muestra y ajustarla a los parámetros deseados, lo que la gente ha estado haciendo durante muchas décadas.
Estructura cristalina atómica de los metales
¿Qué es esa estructura, por qué se caracteriza? El propio nombre sugiere que todos los metales son cristales en estado sólido, es decir, en condiciones normales (excepto el mercurio, que es líquido). ¿Qué es un cristal?
Esta es una imagen gráfica condicional construida cruzando líneas imaginarias a través de los átomos que alinean el cuerpo. En otras palabras, cada metal está formado por átomos. Están ubicados en él no al azar, sino de manera muy regular y consistente. Entonces, si mentalmentecombine todas estas partículas en una sola estructura, obtendrá una hermosa imagen en forma de un cuerpo geométrico regular de cualquier forma.
Esto es lo que se llama la red cristalina del metal. Es muy complejo y espacialmente voluminoso, por lo que, por simplicidad, no se muestra todo, sino solo una parte, una celda elemental. El conjunto de tales células, reunidas y reflejadas en el espacio tridimensional, forma redes cristalinas. La química, la física y la ciencia de los metales son ciencias que estudian las características estructurales de dichas estructuras.
La célula elemental en sí misma es un conjunto de átomos que están ubicados a cierta distancia entre sí y coordinan un número estrictamente fijo de otras partículas a su alrededor. Se caracteriza por la densidad de empaquetamiento, la distancia entre las estructuras constituyentes y el número de coordinación. En general, todos estos parámetros son una característica de todo el cristal y, por lo tanto, reflejan las propiedades que presenta el metal.
Hay varias variedades de redes cristalinas. Todos ellos están unidos por una característica: hay átomos en los nodos y dentro hay una nube de gas de electrones, que se forma por el libre movimiento de electrones dentro del cristal.
Tipos de redes cristalinas
Las catorce opciones para la estructura de la red generalmente se combinan en tres tipos principales. Son los siguientes:
- Cúbico centrado en el cuerpo.
- Hexagonal compacto.
- Cúbica centrada en las caras.
La estructura cristalina de los metales solo se estudiaba mediante microscopía electrónica, cuando fue posible obtener imágenes con grandes aumentos. Y la clasificación de los tipos de celosías fue introducida por primera vez por el científico francés Bravais, por cuyo nombre a veces se les llama.
Retícula centrada en el cuerpo
La estructura de la red cristalina de metales de este tipo es la siguiente estructura. Este es un cubo, en cuyos nodos hay ocho átomos. Otro está ubicado en el centro del espacio libre interno de la célula, lo que explica el nombre de "centrado en el cuerpo".
Esta es una de las variantes de la estructura más simple de la celda elemental, y por lo tanto de toda la red en su conjunto. Los siguientes metales tienen este tipo:
- molibdeno;
- vanadio;
- cromo;
- manganeso;
- hierro alfa;
- hierro-betta y otros.
Las principales propiedades de tales representantes son un alto grado de maleabilidad y ductilidad, dureza y resistencia.
Retícula centrada en las caras
La estructura cristalina de los metales que tienen una red cúbica centrada en las caras es la siguiente estructura. Este es un cubo, que incluye catorce átomos. Ocho de ellos forman los nodos de la red, y seis más se ubican uno en cada cara.
Tienen una estructura similar:
- aluminio;
- níquel;
- liderazgo;
- hierro gamma;
- cobre.
Principales propiedades distintivas - brillodiferentes colores, ligereza, dureza, maleabilidad, mayor resistencia a la corrosión.
Retícula hexagonal
La estructura cristalina de los metales con este tipo de red es la siguiente. La celda elemental se basa en un prisma hexagonal. Hay 12 átomos en sus nodos, dos más en las bases y tres átomos se encuentran libremente dentro del espacio en el centro de la estructura. Diecisiete átomos en total.
Metales como:
tienen una configuración compleja similar
- alfa titán;
- magnesio;
- cob alto alfa;
- zinc.
Propiedades principales: alta resistencia, fuerte brillo plateado.
Defectos en la estructura cristalina de los metales
Sin embargo, todos los tipos de células considerados pueden tener fallas naturales, o los llamados defectos. Esto puede deberse a varias razones: átomos extraños e impurezas en los metales, influencias externas y otros.
Por lo tanto, existe una clasificación que refleja los defectos que pueden tener las redes cristalinas. La química como ciencia estudia cada uno de ellos con el fin de identificar la causa y el remedio para que las propiedades del material no se alteren. Así que los defectos son los siguientes.
- Punto. Vienen en tres tipos principales: vacantes, impurezas o átomos dislocados. Conducen a un deterioro de las propiedades magnéticas del metal, su conductividad eléctrica y térmica.
- Lineal o dislocación. Asignar marginal y tornillo. Degrada la resistencia y la calidad del material.
- Superficiedefectos Afecta la apariencia y estructura de los metales.
Actualmente se han desarrollado métodos para eliminar defectos y obtener cristales puros. Sin embargo, no se pueden erradicar por completo, la red cristalina ideal no existe.
El valor del conocimiento sobre la estructura cristalina de los metales
A partir del material anterior, es obvio que el conocimiento de la estructura fina y la estructura hace posible predecir las propiedades del material e influir en ellas. Y esto te permite hacer la ciencia de la química. El grado 9 de una escuela de educación general se enfoca en enseñar a los estudiantes una comprensión clara de la importancia de la cadena lógica fundamental: composición - estructura - propiedades - aplicación.
La información sobre la estructura cristalina de los metales ilustra esta relación muy claramente y permite que el maestro explique claramente y muestre a los niños lo importante que es conocer la estructura fina para poder usar todas las propiedades de manera correcta y competente.
