من أكثر المواد شيوعًا التي يفضل الناس دائمًا العمل بها هي المعدن. في كل عصر ، تم إعطاء الأفضلية لأنواع مختلفة من هذه المواد المدهشة. لذلك ، تعتبر الألفيات الرابعة والثالثة قبل الميلاد هي عصر تشالكوليث ، أو النحاس. في وقت لاحق تم استبداله بالبرونز ، ثم الذي لا يزال ساري المفعول حتى اليوم - يدخل الحديد حيز التنفيذ.
اليوم من الصعب عمومًا تخيل أنه كان من الممكن الاستغناء عن المنتجات المعدنية ، لأن كل شيء تقريبًا ، بدءًا من الأدوات المنزلية والأدوات الطبية وانتهاءً بالمعدات الثقيلة والخفيفة ، يتكون من هذه المواد أو يتضمن أجزاء منفصلة خارج منه. لماذا تمكنت المعادن من اكتساب هذه الشعبية؟ ما هي الميزات وكيف أنها متأصلة في هيكلها ، دعونا نحاول اكتشافها أكثر.
المفهوم العام للمعادن
"الكيمياء. الصف التاسع" هو كتاب مدرسييتعلم أطفال المدارس. في ذلك يتم دراسة المعادن بالتفصيل. يخصص النظر لخصائصها الفيزيائية والكيميائية لفصل كبير ، لأن تنوعها كبير للغاية.
من هذا العصر يوصى بإعطاء الأطفال فكرة عن هذه الذرات وخصائصها ، لأن المراهقين يمكنهم بالفعل تقدير قيمة هذه المعرفة تمامًا. إنهم يرون تمامًا أن تنوع الأشياء والآلات والأشياء الأخرى من حولهم تعتمد على طبيعة معدنية.
ما هو المعدن؟ من وجهة نظر الكيمياء ، من المعتاد الإشارة إلى هذه الذرات على أنها تلك التي تحتوي على:
- عدد قليل من الإلكترونات في المستوى الخارجي ؛
- إظهار الخصائص التصالحية القوية ؛
- لها نصف قطر ذري كبير ؛
- كيف تحتوي المواد البسيطة على عدد من الخصائص الفيزيائية المحددة.
يمكن الحصول على أساس المعرفة حول هذه المواد من خلال النظر في التركيب البلوري الذري للمعادن. يشرح جميع خصائص وخصائص هذه المركبات.
في النظام الدوري للمعادن ، يتم تخصيص معظم الجدول بأكمله ، لأنها تشكل جميع المجموعات الفرعية الثانوية والمجموعات الرئيسية من المجموعة الأولى إلى المجموعة الثالثة. لذلك ، فإن تفوقهم العددي واضح. الأكثر شيوعًا هي:
- الكالسيوم ؛
- صوديوم
- تيتانيوم ؛
- حديد ؛
- مغنيسيوم ؛
- الألومنيوم ؛
- بوتاسيوم.
تحتوي جميع المعادن على عدد من الخصائص التي تسمح بدمجها في مجموعة واحدة كبيرة من المواد. في المقابل ، فإن التركيب البلوري للمعادن هو الذي يفسر هذه الخصائص.
خصائص المعادن
الخصائص المحددة للمواد قيد النظر تشمل ما يلي
- لمعان معدني. يمتلكها جميع ممثلي المواد البسيطة ، ومعظمهم لديهم نفس اللون الفضي الأبيض. فقط عدد قليل (الذهب والنحاس والسبائك) تختلف.
- المرونة والمرونة - القدرة على التشوه والتعافي بسهولة كافية. بالنسبة للممثلين المختلفين يتم التعبير عنها بدرجات مختلفة.
- التوصيل الكهربائي والحراري من الخصائص الرئيسية التي تحدد نطاق المعدن وسبائكه.
يشرح التركيب البلوري للمعادن والسبائك سبب كل من الخصائص المشار إليها ويتحدث عن شدتها في كل ممثل معين. إذا كنت تعرف ميزات مثل هذا الهيكل ، فيمكنك التأثير على خصائص العينة وتعديلها إلى المعلمات المرغوبة ، وهو ما كان يفعله الناس منذ عقود عديدة.
التركيب البلوري الذري للمعادن
ما هو هذا الهيكل ، ما الذي يتميز به؟ يشير الاسم نفسه إلى أن جميع المعادن هي بلورات في الحالة الصلبة ، أي في ظل الظروف العادية (باستثناء الزئبق ، وهو سائل). ما هو الكريستال؟
هذه صورة بيانية شرطية تم إنشاؤها عن طريق عبور الخطوط الوهمية عبر الذرات التي تصطف في الجسم. بمعنى آخر ، يتكون كل معدن من ذرات. لا توجد فيه بشكل عشوائي ، ولكن بشكل منتظم ومتسق للغاية. لذا ، إذا كان عقليااجمع كل هذه الجسيمات في هيكل واحد ، تحصل على صورة جميلة على شكل جسم هندسي منتظم من أي شكل.
هذا ما يسمى بالشبكة البلورية للمعدن. إنه معقد للغاية وضخم مكانيًا ، لذلك ، من أجل البساطة ، لا يتم عرض كل شيء ، ولكن فقط جزء منه ، خلية أولية. تشكل مجموعة هذه الخلايا ، مجتمعة وانعكست في فضاء ثلاثي الأبعاد ، شبكات بلورية. الكيمياء والفيزياء وعلوم المعادن هي العلوم التي تدرس السمات الهيكلية لهذه الهياكل.
الخلية الأولية نفسها عبارة عن مجموعة من الذرات تقع على مسافة معينة من بعضها البعض وتنسق عددًا ثابتًا تمامًا من الجسيمات الأخرى من حولها. يتميز بكثافة التعبئة والمسافة بين الهياكل المكونة ورقم التنسيق. بشكل عام ، كل هذه المعلمات هي سمة من سمات البلورة بأكملها ، وبالتالي فهي تعكس الخصائص التي يعرضها المعدن.
هناك عدة أنواع من المشابك البلورية. كلهم متحدون بميزة واحدة - توجد ذرات في العقد ، وفي الداخل توجد سحابة من غاز الإلكترون ، والتي تتكون من الحركة الحرة للإلكترونات داخل البلورة.
أنواع المشابك البلورية
أربعة عشر خيارًا لهيكل الشبكة يتم دمجها عادةً في ثلاثة أنواع رئيسية. هم كالتالي:
- مكعب متمركز حول الجسم.
- سداسية مغلقة.
- مكعب محوره الوجه
تمت دراسة التركيب البلوري للمعادن فقط من خلال المجهر الإلكتروني ، عندما أصبح من الممكن الحصول على تكبير كبير للصور. وقد تم تقديم تصنيف أنواع المشابك لأول مرة بواسطة العالم الفرنسي Bravais ، والذي يطلق عليه أحيانًا اسمها.
شعرية محورها الجسم
هيكل الشبكة البلورية للمعادن من هذا النوع هو الهيكل التالي. هذا مكعب ، في عقده توجد ثماني ذرات. يوجد واحد آخر في وسط المساحة الداخلية الحرة للخلية ، وهو ما يفسر اسم "مركز الجسم".
هذا هو أحد المتغيرات لأبسط بنية للخلية الأولية ، وبالتالي الشبكة بأكملها ككل. المعادن التالية من هذا النوع:
- الموليبدينوم ؛
- الفاناديوم ؛
- كروم ؛
- منجنيز ؛
- ألفا الحديد ؛
- betta-iron وغيرها
الخصائص الرئيسية لهؤلاء الممثلين هي درجة عالية من المرونة والليونة والصلابة والقوة.
شعرية محورها الوجه
التركيب البلوري للمعادن التي لها شبكة مكعبة محورها الوجه هو الهيكل التالي. هذا مكعب يحتوي على أربع عشرة ذرة. ثمانية منهم تشكل العقد الشبكية ، وستة أخرى تقع واحدة على كل وجه.
لديهم هيكل مماثل:
- الألومنيوم ؛
- نيكل ؛
- يؤدي ؛
- حديد جاما ؛
- نحاس
الخصائص المميزة الرئيسية - تألقألوان مختلفة ، خفة ، قوة ، مرونة ، مقاومة متزايدة للتآكل.
شعرية سداسية
التركيب البلوري للمعادن مع هذا النوع من الشبكة على النحو التالي. تعتمد الخلية الأولية على منشور سداسي. هناك 12 ذرة في عقدها ، اثنتان أخريان في القواعد وثلاث ذرات تقع بحرية داخل الفضاء في وسط الهيكل. مجموع سبعة عشر ذرة.
المعادن مثل:
لها تكوين معقد مماثل
- alpha titan ؛
- مغنيسيوم ؛
- ألفا كوبالت ؛
- زنك.
الخصائص الرئيسية - قوة عالية ، بريق فضي قوي
عيوب في التركيب البلوري للمعادن
ومع ذلك ، قد تحتوي جميع أنواع الخلايا المدروسة على عيوب طبيعية ، أو ما يسمى بالعيوب. قد يكون ذلك لأسباب مختلفة: الذرات الغريبة والشوائب في المعادن ، المؤثرات الخارجية ، وغيرها.
لذلك ، هناك تصنيف يعكس العيوب التي يمكن أن تحتويها المشابك البلورية. الكيمياء كعلم يدرس كل منهم من أجل تحديد السبب والعلاج حتى لا تتغير خصائص المادة. إذن العيوب كالتالي
- نقطة. تأتي في ثلاثة أنواع رئيسية: وظائف شاغرة ، أو شوائب ، أو ذرات مخلوعة. تؤدي إلى تدهور الخصائص المغناطيسية للمعدن وتوصيله الكهربائي والحراري.
- خطي أو خلع. تخصيص الهامشية والمسمار. التقليل من قوة وجودة المادة
- السطحعيوب. تؤثر على مظهر وهيكل المعادن.
حاليًا ، تم تطوير طرق لإزالة العيوب والحصول على بلورات نقية. ومع ذلك ، لا يمكن القضاء عليها تمامًا ، فالشبكة البلورية المثالية غير موجودة.
قيمة المعرفة حول التركيب البلوري للمعادن
من المادة المذكورة أعلاه ، من الواضح أن معرفة البنية والتركيب الدقيق يجعل من الممكن التنبؤ بخصائص المادة والتأثير عليها. وهذا يسمح لك بالقيام بعلم الكيمياء. يركز الصف التاسع من مدرسة التعليم العام على تعليم الطلاب فهمًا واضحًا لأهمية السلسلة المنطقية الأساسية: التركيب - الهيكل - الخصائص - التطبيق.
توضح المعلومات حول التركيب البلوري للمعادن هذه العلاقة بوضوح شديد وتسمح للمعلم أن يشرح بوضوح ويوضح للأطفال مدى أهمية معرفة البنية الدقيقة من أجل استخدام جميع الخصائص بشكل صحيح وكفء.
