tanulási cél
- írja le a fémkristályokat.
kulcsfontosságú pontok
- a fémekben lévő atomok elektronokat veszítenek kationok kialakításához. Delokalizált elektronok veszik körül az ionokat. A fémes kötések (elektrosztatikus kölcsönhatások az ionok és az elektronfelhő között) összetartják a fémes szilárd anyagot. Az atomok úgy vannak elrendezve, mint a szorosan csomagolt gömbök.
- mivel a fématomok külső elektronjai delokalizáltak és nagyon mozgékonyak, a fémek elektromos és hővezető képességgel rendelkeznek. A szabad elektron modell felhasználható az elektromos vezetőképesség, valamint az elektronok hozzájárulása a fémek hőteljesítményéhez és hővezető képességéhez.
- a fémek képlékenyek vagy képlékeny alakváltozásra képesek. Hooke törvénye leírja a fémek reverzibilis rugalmas alakváltozását, amelyben a feszültség lineárisan arányos a törzzsel. A rugalmas határnál nagyobb erők vagy a hő visszafordíthatatlan deformációt okozhatnak a tárgyban.
- általában a fémek sűrűbbek, mint a nemfémek. Ez a fémszerkezet szorosan csomagolt kristályrácsának köszönhető. Minél nagyobb a delokalizált elektronok mennyisége, annál erősebbek a fémkötések.
kifejezések
- a periódusos rendszer számos kémiai elemének metalanyja, amely fémes kötést képez más fématomokkal. Ez általában fényes, alakítható, és a vezető a hő és a villamos energia.
- fémes Bonda kémiai kötés, amelyben a mobil elektronok sok magon osztoznak; ez elektromos vezetéshez vezet.
fémes tulajdonságok
egy fémben az atomok könnyen elveszítik az elektronokat, hogy pozitív ionokat (kationokat) képezzenek. Ezeket az ionokat delokalizált elektronok veszik körül, amelyek felelősek a vezetőképességért. Az előállított szilárd anyagot az ionok és az elektronfelhő közötti elektrosztatikus kölcsönhatások tartják össze. Ezeket a kölcsönhatásokat fémkötéseknek nevezzük. A fémkötés a fémek számos fizikai tulajdonságát jelenti, mint például a szilárdság, alakíthatóság, alakíthatóság, hő-és elektromos vezetőképesség, opacitás és csillogás.
a” szabad ” elektronok megosztása a pozitív töltésű ionok (kationok) rácsai között, a fémkötést néha összehasonlítják az olvadt sók kötésével; ez az egyszerűsített nézet azonban nagyon kevés fémre igaz. Kvantummechanikai nézetben a vezető elektronok sűrűségüket egyenlően terjesztik minden olyan atomra, amely semleges (nem töltött) entitásként működik.
a fémek atomjai szorosan csomagolt gömbökhöz hasonlóan vannak elrendezve, és két csomagolási minta különösen gyakori: testközpontú köbös, ahol minden fémet nyolc egyenértékű fém vesz körül, és arcközpontú köbös, amelyben a fémeket hat szomszédos Atom veszi körül. Számos fém elfogadja mindkét szerkezetet, a hőmérséklettől függően.
a fémek általában nagy elektromos vezetőképességgel, magas hővezető képességgel és nagy sűrűséggel rendelkeznek. Jellemzően deformálhatóak (alakíthatók) stressz alatt, hasítás nélkül. Egyes fémek (az alkáliföldfémek és alkáliföldfémek) alacsony sűrűséggel, alacsony keménységgel és alacsony olvadásponttal rendelkeznek. Optikai tulajdonságait tekintve a fémek átlátszatlanok, fényesek és fényesek.
olvadáspont és szilárdság
a fém szilárdsága a pozitív ionok rácsa és a vegyértékelektronok “tengere” közötti elektrosztatikus vonzódásból származik, amelybe merítik őket. Minél nagyobb az atommag nukleáris töltése (atomszáma), és minél kisebb az atom mérete, annál nagyobb ez a vonzerő. Általánosságban elmondható, hogy az átmeneti fémek d vegyérték-szintű elektronjaikkal erősebbek és magasabb olvadáspontokkal rendelkeznek:
- Fe, 1539 C
- Re, 3180 C
- Os, 2727 C
- W, 3380 C.
a fémek többsége nagyobb sűrűségű, mint a nemfémek többsége. Ennek ellenére a fémek sűrűségében nagy eltérések vannak. A lítium (Li) a legkevésbé sűrű szilárd elem, az ozmium (Os) pedig a legsűrűbb. Az IA és IIA csoportok fémjeit könnyűfémeknek nevezzük, mivel ezek kivételek ezen általánosítás alól. A legtöbb fém nagy sűrűsége a fémszerkezet szorosan csomagolt kristályrácsának köszönhető.
elektromos vezetőképesség: miért jó vezetők a fémek?
ahhoz, hogy egy anyag áramot vezessen, olyan töltött részecskéket (töltéshordozókat) kell tartalmaznia, amelyek kellően mozgékonyak ahhoz, hogy az alkalmazott elektromos mezőre reagálva mozogjanak. A vízoldatokban lévő ionos vegyületek esetében maguk az ionok szolgálják ezt a funkciót. Ugyanez vonatkozik az ionos vegyületekre, amikor megolvadnak. Az ionos szilárd anyagok ugyanazokat a töltéshordozókat tartalmazzák, de mivel a helyükön vannak rögzítve, ezek a szilárd anyagok szigetelők.
a fémekben a töltéshordozók az elektronok, és mivel szabadon mozognak a rácson, a fémek erősen vezetőképesek. Az elektronok nagyon alacsony tömege és tehetetlensége lehetővé teszi számukra, hogy nagyfrekvenciás váltakozó áramokat vezessenek, amire az elektrolitikus megoldások nem képesek.
az elektromos vezetőképesség, valamint az elektronok hozzájárulása a fémek hőkapacitásához és hővezető képességéhez a szabad elektron modellből számítható ki, amely nem veszi figyelembe az ionrács részletes szerkezetét.
mechanikai tulajdonságok
a fémek mechanikai tulajdonságai közé tartozik a alakíthatóság és a hajlékonyság, azaz a képlékeny deformáció képessége. A fémek reverzibilis elasztikus deformációját Hooke-törvény írja le az erők helyreállítására, amelyben a feszültség lineárisan arányos a feszültséggel. Az alkalmazott hő vagy a rugalmassági határnál nagyobb erők a tárgy visszafordíthatatlan deformációját okozhatják, amelyet plasztikus deformációnak vagy plaszticitásnak neveznek.
a fémes szilárd anyagok ismertek és értékeltek ezen tulajdonságok miatt, amelyek az atommagok és az elektronok tengere közötti vonzerők nem irányított jellegéből származnak. Az ionos vagy kovalens szilárd anyagokon belüli kötés erősebb lehet, de irányított is, így ezek a szilárd anyagok törékennyé válnak, és például kalapáccsal ütve törésnek vannak kitéve. A fém ezzel szemben nagyobb valószínűséggel egyszerűen deformálódik vagy horpad.
bár a fémek feketék, mivel képesek minden hullámhossz egyenlő elnyelésére, az arany (Au) megkülönböztető színű. A speciális relativitáselmélet szerint a nagyon nagy lendületű belső héjú elektronok megnövekedett tömege a pályák összehúzódását okozza. Mivel a külső elektronok kevésbé érintettek, a kék fény abszorpciója megnő, ami a sárga és a vörös fény fokozott visszaverődését eredményezi.
