ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მასალა, რომლითაც ადამიანები ყოველთვის ამჯობინებდნენ მუშაობას, იყო ლითონი. თითოეულ ეპოქაში უპირატესობა ენიჭებოდა ამ საოცარი ნივთიერებების სხვადასხვა ტიპს. ასე რომ, ძვ.წ IV-III ათასწლეულები ქალკოლითის ანუ სპილენძის ხანად ითვლება. მოგვიანებით ის ბრინჯაოსმა ჩაანაცვლა, შემდეგ კი ძალაში შედის ის, რაც დღესაც აქტუალურია - რკინა.
დღეს ზოგადად ძნელი წარმოსადგენია, რომ ოდესღაც შესაძლებელი იყო ლითონის პროდუქტების გარეშე, რადგან თითქმის ყველაფერი, საყოფაცხოვრებო ნივთებიდან, სამედიცინო ინსტრუმენტებიდან და დამთავრებული მძიმე და მსუბუქი აღჭურვილობით, შედგება ამ მასალისგან ან მოიცავს ცალკეულ ნაწილებს. მისი. რატომ მოახერხეს მეტალებმა ასეთი პოპულარობის მოპოვება? რა თვისებები აქვს და როგორ არის ეს მათი სტრუქტურის თანდაყოლილი, მოდით ვცადოთ ამის გარკვევა.
მეტალების ზოგადი კონცეფცია
"ქიმია. მე-9 კლასი" არის სახელმძღვანელო, რომელიცსკოლის მოსწავლეები სწავლობენ. სწორედ მასშია დეტალურად შესწავლილი ლითონები. მათი ფიზიკური და ქიმიური თვისებების გათვალისწინება დიდ თავს ეთმობა, რადგან მათი მრავალფეროვნება ძალიან დიდია.
სწორედ ამ ასაკიდან არის რეკომენდებული, რომ ბავშვებს წარმოდგენა მივცეთ ამ ატომებისა და მათი თვისებების შესახებ, რადგან მოზარდებს უკვე შეუძლიათ სრულად შეაფასონ ასეთი ცოდნის ღირებულება. ისინი შესანიშნავად ხედავენ, რომ ობიექტების, მანქანების და სხვა ნივთების მრავალფეროვნება მათ გარშემო ეფუძნება მეტალის ბუნებას.
რა არის მეტალი? ქიმიის თვალსაზრისით, ჩვეულებრივად არის მოხსენიებული ეს ატომები, რომლებსაც აქვთ:
- ელექტრონების მცირე რაოდენობა გარე დონეზე;
- ძლიერი აღდგენითი თვისებების ჩვენება;
- აქვს დიდი ატომური რადიუსი;
- როგორ აქვთ მარტივ ნივთიერებებს რიგი სპეციფიკური ფიზიკური თვისებები.
ამ ნივთიერებების შესახებ ცოდნის საფუძველი შეიძლება მივიღოთ ლითონების ატომურ-კრისტალური სტრუქტურის გათვალისწინებით. ის განმარტავს ამ ნაერთების ყველა თვისებასა და თვისებას.
ლითონების პერიოდულ სისტემაში გამოყოფილია მთელი ცხრილის უმეტესი ნაწილი, რადგან ისინი ქმნიან ყველა მეორად ქვეჯგუფს და მთავარს პირველიდან მესამემდე. აქედან გამომდინარე, მათი რიცხვითი უპირატესობა აშკარაა. ყველაზე გავრცელებულია:
- კალციუმი;
- ნატრიუმი;
- ტიტანი;
- რკინა;
- მაგნიუმი;
- ალუმინი;
- კალიუმი.
ყველა ლითონს აქვს მთელი რიგი თვისებები, რაც საშუალებას აძლევს მათ გაერთიანდეს ნივთიერებების ერთ დიდ ჯგუფში. თავის მხრივ, ეს არის ლითონების კრისტალური სტრუქტურა, რომელიც ხსნის ამ თვისებებს.
ლითონების თვისებები
განხილული ნივთიერებების სპეციფიკური თვისებები მოიცავს შემდეგს.
- მეტალის ბზინვარება. მარტივი ნივთიერებების ყველა წარმომადგენელი ფლობს მას და მათ უმეტესობას აქვს იგივე ვერცხლისფერი თეთრი ფერი. მხოლოდ რამდენიმეა (ოქრო, სპილენძი, შენადნობები) განსხვავებული.
- მოქნილობა და პლასტიურობა - დეფორმაციის და საკმარისად ადვილად აღდგენის უნარი. სხვადასხვა წარმომადგენლისთვის ის განსხვავებული ზომით არის გამოხატული.
- ელექტრო და თერმული კონდუქტომეტრული ერთ-ერთი მთავარი თვისებაა, რომელიც განსაზღვრავს ლითონისა და მისი შენადნობების ფარგლებს.
ლითონებისა და შენადნობების კრისტალური სტრუქტურა ხსნის თითოეული მითითებული თვისების მიზეზს და საუბრობს მათ სიმძიმეზე თითოეულ კონკრეტულ წარმომადგენელში. თუ იცით ასეთი სტრუქტურის თავისებურებები, მაშინ შეგიძლიათ გავლენა მოახდინოთ ნიმუშის თვისებებზე და დაარეგულიროთ იგი სასურველ პარამეტრებზე, რასაც ადამიანები აკეთებენ მრავალი ათწლეულის მანძილზე.
მეტალების ატომური კრისტალური სტრუქტურა
რა არის ასეთი სტრუქტურა, რით ახასიათებს იგი? თავად სახელი ვარაუდობს, რომ ყველა ლითონი არის კრისტალები მყარ მდგომარეობაში, ანუ ნორმალურ პირობებში (გარდა ვერცხლისწყლისა, რომელიც სითხეა). რა არის კრისტალი?
ეს არის პირობითი გრაფიკული გამოსახულება, რომელიც აგებულია წარმოსახვითი ხაზების გადაკვეთით იმ ატომებში, რომლებიც აწყდებიან სხეულს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ყველა ლითონი შედგება ატომებისგან. ისინი განლაგებულია მასში არა შემთხვევით, არამედ ძალიან რეგულარულად და თანმიმდევრულად. ასე რომ, თუ გონებრივადგააერთიანეთ ყველა ეს ნაწილაკი ერთ სტრუქტურაში, მიიღებთ ლამაზ გამოსახულებას ნებისმიერი ფორმის რეგულარული გეომეტრიული სხეულის სახით.
ეს არის ის, რასაც ლითონის კრისტალური ბადე ჰქვია. ის ძალიან რთული და სივრცით მოცულობითია, ამიტომ, სიმარტივისთვის, ნაჩვენებია არა ყველაფერი, არამედ მხოლოდ ნაწილი, ელემენტარული უჯრედი. ასეთი უჯრედების ნაკრები, გაერთიანებული და სამგანზომილებიან სივრცეში ასახული, ქმნის ბროლის გისოსებს. ქიმია, ფიზიკა და ლითონის მეცნიერება არის მეცნიერებები, რომლებიც სწავლობენ ასეთი სტრუქტურების სტრუქტურულ თავისებურებებს.
თავად ელემენტარული უჯრედი არის ატომების ერთობლიობა, რომლებიც განლაგებულია ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე და კოორდინაციას უწევს სხვა ნაწილაკების მკაცრად ფიქსირებულ რაოდენობას მათ გარშემო. იგი ხასიათდება შეფუთვის სიმკვრივით, შემადგენელ სტრუქტურებს შორის მანძილით და კოორდინაციის ნომრით. ზოგადად, ყველა ეს პარამეტრი მთელი ბროლის მახასიათებელია და, შესაბამისად, ასახავს ლითონის გამოვლენილ თვისებებს.
არსებობს კრისტალური გისოსების რამდენიმე სახეობა. ყველა მათგანს ერთი თვისება აერთიანებს – კვანძებში არის ატომები, შიგნით კი ელექტრონული აირის ღრუბელი, რომელიც წარმოიქმნება კრისტალის შიგნით ელექტრონების თავისუფალი მოძრაობით.
კრისტალური გისოსების ტიპები
გისოსების სტრუქტურის თოთხმეტი ვარიანტი ჩვეულებრივ გაერთიანებულია სამ ძირითად ტიპად. ისინი შემდეგია:
- სხეულზე ორიენტირებული კუბური.
- ექვსკუთხა შეფუთული.
- სახეზე ორიენტირებული კუბური.
ლითონების კრისტალური სტრუქტურა მხოლოდ ელექტრონული მიკროსკოპის საშუალებით იქნა შესწავლილი, როდესაც შესაძლებელი გახდა გამოსახულების დიდი გადიდების მიღება. ხოლო გისოსების ტიპების კლასიფიკაცია პირველად შემოიღო ფრანგმა მეცნიერმა ბრავესმა, რომლის სახელითაც მათ ზოგჯერ უწოდებენ.
სხეულზე ორიენტირებული გისოსი
ამ ტიპის ლითონების კრისტალური ბადის სტრუქტურა შემდეგი სტრუქტურაა. ეს არის კუბი, რომლის კვანძებში არის რვა ატომი. მეორე მდებარეობს უჯრედის თავისუფალი შიდა სივრცის ცენტრში, რაც განმარტავს სახელს „სხეულზე ორიენტირებული“.
ეს არის ელემენტარული უჯრედის უმარტივესი სტრუქტურის ერთ-ერთი ვარიანტი და, შესაბამისად, მთლიანი გისოსი. შემდეგ ლითონებს აქვთ ასეთი ტიპი:
- მოლიბდენი;
- ვანადიუმი;
- chrome;
- მანგანუმი;
- ალფა რკინა;
- ბეტა-რკინა და სხვა.
ასეთი წარმომადგენლების ძირითადი თვისებებია დრეკადობის და ელასტიურობის მაღალი ხარისხი, სიხისტე და სიმტკიცე.
სახეზე ორიენტირებული გისოსი
მეტალთა კრისტალური სტრუქტურა, რომლებსაც აქვთ სახეზე ორიენტირებული კუბური გისოსი, შემდეგი სტრუქტურაა. ეს არის კუბი, რომელიც მოიცავს თოთხმეტი ატომს. რვა მათგანი ქმნის გისოსებს და კიდევ ექვსი განლაგებულია თითო თითო სახეზე.
მათ აქვთ მსგავსი სტრუქტურა:
- ალუმინი;
- ნიკელი;
- წამყვანი;
- გამა რკინა;
- სპილენძი.
მთავარი განმასხვავებელი თვისებები - ბზინვარებასხვადასხვა ფერები, სიმსუბუქე, სიმტკიცე, გამძლეობა, გაზრდილი წინააღმდეგობა კოროზიის მიმართ.
ექვსკუთხა გისოსი
ლითონების კრისტალური სტრუქტურა ამ ტიპის გისოსებით ასეთია. ელემენტარული უჯრედი ეფუძნება ექვსკუთხა პრიზმას. მის კვანძებში არის 12 ატომი, კიდევ ორი ძირში და სამი ატომი თავისუფლად დევს სტრუქტურის ცენტრში არსებულ სივრცეში. სულ ჩვიდმეტი ატომი.
მეტალებს, როგორიცაა:
აქვთ მსგავსი რთული კონფიგურაცია
- ალფა ტიტანი;
- მაგნიუმი;
- ალფა კობალტი;
- თუთია.
მთავარი თვისებები - მაღალი სიმტკიცე, ძლიერი ვერცხლის ბრწყინვალება.
დეფექტები ლითონების კრისტალურ სტრუქტურაში
თუმცა, ყველა განხილულ უჯრედს შეიძლება ჰქონდეს ბუნებრივი ხარვეზები, ან ე.წ. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს სხვადასხვა მიზეზით: უცხო ატომები და მინარევები ლითონებში, გარე ზემოქმედება და სხვა.
აქედან გამომდინარე, არსებობს კლასიფიკაცია, რომელიც ასახავს დეფექტებს, რაც შეიძლება ჰქონდეს ბროლის გისოსებს. ქიმია, როგორც მეცნიერება, სწავლობს თითოეულ მათგანს, რათა გამოავლინოს მიზეზი და წამალი, რათა არ შეიცვალოს მასალის თვისებები. ასე რომ, დეფექტები შემდეგია.
- ქულა. ისინი სამი ძირითადი ტიპისაა: ვაკანსიები, მინარევები ან დისლოცირებული ატომები. ისინი იწვევს ლითონის მაგნიტური თვისებების, მისი ელექტრული და თბოგამტარობის გაუარესებას.
- წრფივი, ან დისლოკაცია. გამოყავით მარგინალური და ხრახნი. ამცირებენ მასალის სიმტკიცეს და ხარისხს.
- ზედაპირიდეფექტები. იმოქმედებს ლითონების გარეგნობასა და სტრუქტურაზე.
ამჟამად შემუშავებულია მეთოდები დეფექტების აღმოსაფხვრელად და სუფთა კრისტალების მისაღებად. თუმცა, მათი მთლიანად აღმოფხვრა შეუძლებელია, იდეალური ბროლის ბადე არ არსებობს.
ცოდნის ღირებულება ლითონების კრისტალური სტრუქტურის შესახებ
ზემოხსენებული მასალისგან აშკარაა, რომ წვრილმანი სტრუქტურისა და სტრუქტურის ცოდნა შესაძლებელს ხდის მასალის თვისებების წინასწარმეტყველებას და მათზე გავლენის მოხდენას. და ეს საშუალებას გაძლევთ გააკეთოთ ქიმიის მეცნიერება. ზოგადსაგანმანათლებლო სკოლის მე-9 კლასი ყურადღებას ამახვილებს იმაზე, რომ მოსწავლეებს ასწავლონ ფუნდამენტური ლოგიკური ჯაჭვის მნიშვნელობა: შემადგენლობა - სტრუქტურა - თვისებები - გამოყენება.
ინფორმაცია ლითონების კრისტალური სტრუქტურის შესახებ ძალიან ნათლად ასახავს ამ ურთიერთობას და საშუალებას აძლევს მასწავლებელს ნათლად აუხსნას და დაანახოს ბავშვებს, რამდენად მნიშვნელოვანია წვრილმანი სტრუქტურის ცოდნა, რათა სწორად და კომპეტენტურად გამოიყენონ ყველა თვისება.
