Метали
Метали - клас хімічних елементів з певними хімічними і фізичними властивостями: метали добре проводять
електрику і тепло, непрозорі, але можуть відбивати світло; ковкі, що дозволяє надавати виробам з них потрібну
форму і розкатувати в плоскі пластинки, пластичні, що дає можливість витягати
тонкий дріт. Металами є прості речовини більшості хімічних елементів (приблизно 80 %).
Найпоширенішим хімічним елементом-металом, у земній корі є алюміній.
Широко використовуються такі типи металів:
- чорні метали — залізо, манган, хром.
- дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в
ювелірній промисловості;
- важкі метали: мідь,
цинк, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні;
- рідкісні важкі метали: нікель, кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, вісмут, використовуються в сплавах з
важкими металами;
- легкі метали: алюміній, титан і магній;
- лужні метали: калій, натрій і літій
- лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії
Фізичні
властивості
Усі метали (за винятком ртуті)
при звичайних умовах є кристалічними речовинами.
Їхні атоми розташовані в певному геометричному порядку і утворюють просторову кристалічну ґратку. У вузлах кристалічної
ґратки містяться іони металів. Валентні електрони дуже
слабо зв'язані з атомами і можуть легко переміщатися по всьому об'єму металу,
переходячи від одних іонів до інших.
Легкою
рухливістю валентних електронів пояснюється висока електропровідність і теплопровідність металів. На відміну від
розчинів і розплавів при проходженні електричного струму через металічний
провідник переносу частинок речовини не відбувається. Метали мають електронну електропровідність. За електропровідністю і
теплопровідністю метали розміщуються в однаковому порядку. Найкращими
провідниками електричного струму є срібло, мідь,
золото і алюміній.
Характерна
особливість металів — металічний блиск, тобто здатність добре відбивати
світло. Але ця здатність проявляється лише тоді, коли метал утворює суцільну і
гладку (поліровану) поверхню.
Дуже важливою властивістю
більшості металів є пластичність, тобто здатність змінювати
зовнішню форму при дії сторонньої сили і зберігати набуту форму після
припинення впливу зовнішньої дії. На цій здатності базуються різні способи
механічної обробки металів: прокатка, ковка, штамповка, волочіння тощо. Однак ця властивість у різних металів
виявляється не однаково. Здатність розкатуватись у тоненькі листи і
витягуватись у тоненький дріт
найкраще виявляється у золота, срібла, міді, алюмінію і олова,
трохи гірше в заліза і цинку.
Деякі метали зовсім не виявляють пластичності, вони дуже крихкі — це бісмут, манган і особливо стибій. При ударі вони розпадаються на шматочки.
За густиною метали умовно
поділяють на легкі (густина яких менша 5 г/см3) і важкі (густина
яких більша 5 г/см3). До найлегших металів належать літій, калій і
натрій. Легкі метали — манган, алюміній і титан. Найважчими вважаються ртуть,
золото, платина і осмій.
За твердістю метали теж дуже відрізняються один від одного. Найтвердішим металом є хром,
який дряпає скло. За ним іде вольфрам, нікель і ін. До найм'ягших металів належать калій
і натрій, які легко ріжуться ножем. Дуже м'яким є також свинець.
За температурами плавлення метали теж різко
відрізняються один від одного. Найнижчу температуру плавлення має ртуть
(—39°С), за нею йде цезій (28,5 °C), рубідій (38,5 °C), калій
(62,3 °C), а найвищу — вольфрам (3410 °C). З підвищенням температури
електропровідність падає, при зниженні температури, навпаки, збільшується. За забарвленням метали умовно поділяють на чорні —
залізо, манган та їх чисельні сплави (чавун,
сталь) і кольорові, до яких відносять усі інші метали. Відповідно
до цього і промисловість, яка їх добуває, називають чорною і кольоровою
металургією.
Частки металів, що знаходяться у твердому і рідкому
стані, зв'язані особливим типом хімічного зв'язку - так називаним металевим
зв'язком. Вона визначається одночасною наявністю звичайних ковалентних зв'язків
між нейтральними атомами і кулонівським притяганням між іонами і вільними
електронами. Таким чином, металевий зв'язок є властивістю не окремих часток, а
їхніх агрегатів.
Застосовувані в техніці конструкційні металеві матеріали є
полікристалічний. Їх механічні властивості практично ізотропні і можуть істотно
відрізнятися від властивостей монокристалів металів. Міжфазних кордону вносять
додатковий внесок у зміцнення. З іншого боку, вони можуть бути місцями
пріоритетним руйнування або деформації.
Змінюючи число і будова міжфазних кордонів, форму і просторове розташування
окремих структурних складових багатофазних систем, а також регулюючи склад і дефектну структуру
окремих кристалів, можна отримати велике розмаїття механічних властивостей,
необхідних для практичного використання металевих матеріалів.
|