วัสดุที่นิยมใช้กันทั่วไปอย่างหนึ่งคือโลหะ ในแต่ละยุคสมัย มีความชื่นชอบกับสารที่น่าอัศจรรย์ประเภทต่างๆ เหล่านี้ ดังนั้น IV-III พันปีก่อนคริสต์ศักราชจึงถือเป็นอายุของ Chalcolith หรือทองแดง ต่อมาถูกแทนที่ด้วยทองแดง และจากนั้นอันที่ยังมีความเกี่ยวข้องอยู่ในปัจจุบัน - เหล็กก็มีผลบังคับใช้
วันนี้โดยทั่วไปเป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าครั้งหนึ่งมันเป็นไปไม่ได้ที่จะทำโดยไม่ใช้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นโลหะ เพราะเกือบทุกอย่างตั้งแต่ของใช้ในครัวเรือน เครื่องมือแพทย์ และลงท้ายด้วยอุปกรณ์หนักและเบา ประกอบด้วยวัสดุนี้หรือรวมชิ้นส่วนที่แยกจากกัน ของเขา. ทำไมโลหะถึงได้รับความนิยมเช่นนี้? อะไรคือคุณสมบัติและมีอยู่ในโครงสร้างอย่างไร เรามาลองคิดกันเพิ่มเติมกัน
แนวคิดทั่วไปของโลหะ
"เคมี ป.9" เป็นหนังสือเรียนที่เด็กนักเรียนเรียนรู้ มันอยู่ในนั้นที่มีการศึกษารายละเอียดโลหะ การพิจารณาคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของพวกมันนั้นมีไว้สำหรับบทใหญ่ เพราะความหลากหลายนั้นใหญ่มาก
แนะนำให้เด็กๆ ได้รู้จักกับอะตอมเหล่านี้และคุณสมบัติของพวกมันตั้งแต่อายุเท่านี้ เพราะวัยรุ่นสามารถชื่นชมคุณค่าของความรู้ดังกล่าวได้อย่างเต็มที่แล้ว พวกเขาเห็นได้อย่างชัดเจนว่าความหลากหลายของวัตถุ เครื่องจักร และสิ่งอื่น ๆ รอบตัวนั้นมีพื้นฐานมาจากธรรมชาติของโลหะ
โลหะคืออะไร? จากมุมมองของเคมี เป็นเรื่องปกติที่จะอ้างถึงอะตอมเหล่านี้ว่ามี:
- อิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อยในระดับชั้นนอก;
- แสดงคุณสมบัติการบูรณะที่แข็งแกร่ง
- มีรัศมีอะตอมขนาดใหญ่
- สารอย่างง่ายมีคุณสมบัติทางกายภาพจำเพาะจำนวนอย่างไร
พื้นฐานของความรู้เกี่ยวกับสารเหล่านี้สามารถหาได้โดยการพิจารณาโครงสร้างผลึกอะตอมของโลหะ อธิบายคุณสมบัติและคุณสมบัติทั้งหมดของสารประกอบเหล่านี้
ในระบบธาตุโลหะ ตารางส่วนใหญ่ได้รับการจัดสรร เพราะพวกเขาสร้างกลุ่มย่อยรองทั้งหมดและกลุ่มหลักจากกลุ่มที่หนึ่งไปยังกลุ่มที่สาม ดังนั้นความเหนือกว่าของตัวเลขจึงชัดเจน ที่พบบ่อยที่สุดคือ:
- แคลเซียม;
- โซเดียม;
- ไทเทเนี่ยม;
- เหล็ก;
- แมกนีเซียม;
- อลูมิเนียม
- โพแทสเซียม
โลหะทั้งหมดมีคุณสมบัติหลายอย่างที่ทำให้รวมกันเป็นสารกลุ่มใหญ่กลุ่มเดียวได้ ในทางกลับกัน โครงสร้างผลึกของโลหะก็อธิบายคุณสมบัติเหล่านี้
คุณสมบัติของโลหะ
คุณสมบัติเฉพาะของสารที่พิจารณามีดังต่อไปนี้
- โลหะมันเงา. ตัวแทนของสารง่าย ๆ ทุกคนมีและส่วนใหญ่มีสีเงินขาวเหมือนกัน มีเพียงไม่กี่ (ทอง ทองแดง โลหะผสม) เท่านั้นที่ต่างกัน
- ความอ่อนตัวและความยืดหยุ่น - ความสามารถในการเปลี่ยนรูปและคืนสภาพได้ง่ายเพียงพอ สำหรับตัวแทนที่แตกต่างกันก็จะแสดงในระดับที่แตกต่างกัน
- การนำไฟฟ้าและความร้อนเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลักที่กำหนดขอบเขตของโลหะและโลหะผสม
โครงสร้างผลึกของโลหะและโลหะผสมอธิบายเหตุผลของคุณสมบัติแต่ละอย่างที่ระบุและพูดถึงความรุนแรงของพวกมันในแต่ละตัวแทน หากคุณทราบคุณลักษณะของโครงสร้างดังกล่าว คุณก็จะสามารถมีอิทธิพลต่อคุณสมบัติของตัวอย่างและปรับให้เข้ากับพารามิเตอร์ที่ต้องการได้ ซึ่งผู้คนทำกันมานานหลายทศวรรษ
โครงสร้างผลึกอะตอมของโลหะ
โครงสร้างอะไร มีลักษณะอย่างไร ? ชื่อของมันบ่งบอกว่าโลหะทั้งหมดเป็นผลึกในสถานะของแข็ง นั่นคือ ภายใต้สภาวะปกติ (ยกเว้นปรอท ซึ่งเป็นของเหลว) คริสตัลคืออะไร
นี่คือภาพกราฟิกแบบมีเงื่อนไขที่สร้างขึ้นโดยการข้ามเส้นจินตภาพผ่านอะตอมที่เรียงตามร่างกาย กล่าวอีกนัยหนึ่ง โลหะทุกชนิดประกอบด้วยอะตอม พวกเขาอยู่ในนั้นไม่ได้สุ่ม แต่สม่ำเสมอและสม่ำเสมอมาก ดังนั้นถ้าจิตใจรวมอนุภาคเหล่านี้ไว้ในโครงสร้างเดียว คุณจะได้ภาพที่สวยงามในรูปแบบของรูปทรงเรขาคณิตปกติของรูปร่างใดๆ
นี่คือสิ่งที่เรียกว่าตาข่ายคริสตัลของโลหะ มันซับซ้อนมากและกว้างขวางในเชิงพื้นที่ ดังนั้นเพื่อความเรียบง่าย ไม่ได้แสดงทั้งหมด แต่เป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น เซลล์ระดับประถมศึกษา ชุดของเซลล์ดังกล่าว นำมารวมกันและสะท้อนในอวกาศสามมิติ ก่อตัวเป็นผลึกขัดแตะ เคมี ฟิสิกส์ และโลหะวิทยาเป็นวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาลักษณะโครงสร้างของโครงสร้างดังกล่าว
เซลล์ระดับประถมศึกษาเองคือชุดของอะตอมที่อยู่ห่างจากกันในระยะหนึ่งและประสานอนุภาคอื่นๆ รอบ ๆ จำนวนคงที่อย่างเคร่งครัด ลักษณะเด่นคือความหนาแน่นของการบรรจุ ระยะห่างระหว่างโครงสร้างส่วนประกอบ และหมายเลขประสานงาน โดยทั่วไป พารามิเตอร์ทั้งหมดเหล่านี้เป็นคุณลักษณะเฉพาะของคริสตัลทั้งหมด ดังนั้นจึงสะท้อนถึงคุณสมบัติที่แสดงโดยโลหะ
ตะแกรงคริสตัลมีหลายแบบ ทั้งหมดรวมกันเป็นหนึ่งคุณลักษณะ - มีอะตอมในโหนด และภายในมีเมฆของก๊าซอิเล็กตรอน ซึ่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนภายในคริสตัลอย่างอิสระ
ประเภทตะแกรงคริสตัล
สิบสี่ตัวเลือกสำหรับโครงสร้างของตาข่ายมักจะรวมกันเป็นสามประเภทหลัก มีดังต่อไปนี้:
- ลูกบาศก์ตรงกลางตัว
- หกเหลี่ยมอัดแน่น
- ลูกบาศก์ตรงกลางหน้า
โครงสร้างผลึกของโลหะได้รับการศึกษาผ่านกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น เมื่อสามารถขยายภาพขนาดใหญ่ได้ และการจำแนกประเภทของโครงตาข่ายได้รับการแนะนำครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Bravais ซึ่งบางครั้งเรียกว่าชื่อเหล่านั้น
ตาข่ายตรงกลางตัว
โครงสร้างตะแกรงคริสตัลของโลหะประเภทนี้มีโครงสร้างดังนี้ นี่คือลูกบาศก์ที่โหนดซึ่งมีอะตอมแปดตัว อีกอันหนึ่งตั้งอยู่ตรงกลางของพื้นที่ว่างภายในเซลล์ ซึ่งอธิบายชื่อ "ร่างกายเป็นศูนย์กลาง"
นี่เป็นหนึ่งในรูปแบบโครงสร้างที่ง่ายที่สุดของเซลล์ระดับประถมศึกษา และด้วยเหตุนี้ทั้งโครงตาข่ายโดยรวม โลหะต่อไปนี้มีประเภทนี้:
- โมลิบดีนัม;
- วานาเดียม;
- chrome;
- แมงกานีส;
- เหล็กอัลฟ่า;
- เหล็กกัดและอื่นๆ
คุณสมบัติหลักของตัวแทนดังกล่าวคือความอ่อนตัวและความเหนียว ความแข็ง และความแข็งแรงในระดับสูง
ขัดแตะตรงกลางหน้า
โครงสร้างผลึกของโลหะที่มีลูกบาศก์ขัดแตะตรงกลางหน้ามีโครงสร้างดังต่อไปนี้ นี่คือลูกบาศก์ซึ่งประกอบด้วยอะตอมสิบสี่ตัว แปดในนั้นสร้างโหนดขัดแตะและอีกหกตัวตั้งอยู่แต่ละอันในแต่ละหน้า
พวกมันมีโครงสร้างที่คล้ายกัน:
- อลูมิเนียม
- นิกเกิล;
- ตะกั่ว;
- เหล็กแกมมา;
- ทองแดง
คุณสมบัติเด่น - เปล่งปลั่งสีต่างๆ, ความเบา, ความแข็งแรง, ความอ่อนตัว, ความต้านทานการกัดกร่อนที่เพิ่มขึ้น
ตะแกรงหกเหลี่ยม
โครงสร้างผลึกของโลหะที่มีตะแกรงชนิดนี้มีดังต่อไปนี้ เซลล์ระดับประถมศึกษามีพื้นฐานมาจากปริซึมหกเหลี่ยม โหนดมี 12 อะตอม อีกสองอะตอมอยู่ที่ฐานและสามอะตอมอย่างอิสระอยู่ในช่องว่างตรงกลางของโครงสร้าง รวมสิบเจ็ดอะตอม
โลหะ เช่น:
มีโครงสร้างที่ซับซ้อนคล้ายกัน
- อัลฟาไททัน;
- แมกนีเซียม;
- อัลฟาโคบอลต์;
- สังกะสี
คุณสมบัติหลัก - ความแข็งแรงสูง เงาสีเงินแข็งแกร่ง
ข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกของโลหะ
อย่างไรก็ตาม เซลล์ทุกประเภทที่พิจารณาแล้วอาจมีตำหนิตามธรรมชาติหรือที่เรียกว่าข้อบกพร่อง อาจเป็นเพราะสาเหตุหลายประการ: อะตอมและสิ่งสกปรกแปลกปลอมในโลหะ อิทธิพลจากภายนอก และอื่นๆ
ดังนั้นจึงมีการจำแนกประเภทที่สะท้อนถึงข้อบกพร่องที่ตะแกรงคริสตัลสามารถมีได้ เคมีเป็นศาสตร์ที่ศึกษาแต่ละวิชาเพื่อระบุสาเหตุและวิธีแก้ไขเพื่อให้คุณสมบัติของวัสดุไม่เปลี่ยนแปลง มีตำหนิดังนี้
- แต้ม. พวกเขามาในสามประเภทหลัก: ตำแหน่งว่าง สิ่งเจือปน หรืออะตอมที่เคลื่อน สิ่งเหล่านี้นำไปสู่การเสื่อมสภาพในคุณสมบัติแม่เหล็กของโลหะ การนำไฟฟ้าและความร้อนของโลหะ
- เชิงเส้นหรือความคลาดเคลื่อน จัดสรรส่วนเพิ่มและสกรู ลดความแข็งแรงและคุณภาพของวัสดุ
- พื้นผิวข้อบกพร่อง ส่งผลต่อรูปลักษณ์และโครงสร้างของโลหะ
ปัจจุบันมีการพัฒนาวิธีการเพื่อขจัดข้อบกพร่องและรับผลึกบริสุทธิ์ อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่สามารถกำจัดให้สิ้นซากได้ ไม่มีตะแกรงคริสตัลในอุดมคติ
คุณค่าความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างผลึกของโลหะ
จากวัสดุด้านบนนี้ เห็นได้ชัดว่าความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและโครงสร้างที่ละเอียดทำให้สามารถทำนายคุณสมบัติของวัสดุและมีอิทธิพลต่อพวกมันได้ และสิ่งนี้ช่วยให้คุณทำวิทยาศาสตร์เคมีได้ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ของโรงเรียนการศึกษาทั่วไปมุ่งเน้นไปที่การสอนนักเรียนให้เข้าใจถึงความสำคัญของห่วงโซ่ตรรกะพื้นฐาน: องค์ประกอบ - โครงสร้าง - คุณสมบัติ - การใช้งาน
ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างผลึกของโลหะแสดงให้เห็นความสัมพันธ์นี้อย่างชัดเจน และช่วยให้ครูสามารถอธิบายและแสดงให้เด็ก ๆ ได้อธิบายอย่างชัดเจนว่าการรู้โครงสร้างที่ละเอียดนั้นสำคัญเพียงใดเพื่อใช้งานคุณสมบัติทั้งหมดอย่างถูกต้องและมีความสามารถ