-->
|
|
|
Õèìèÿ 9 êëàññ ñ ÃÄÇ. Ãàáðèåëÿí § 9. Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëîâÈç êóðñà õèìèè 9 êëàññà âû óæå èìååòå ïðåäñòàâëåíèå î ïðèðîäå õèìè÷åñêîé ñâÿçè, ñóùåñòâóþùåé â êðèñòàëëàõ ìåòàëëîâ, — ìåòàëëè÷åñêîé ñâÿçè. Íàïîìíèì, ÷òî â óçëàõ ìåòàëëè÷åñêèõ êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåø¸òîê ðàñïîëàãàþòñÿ àòîìû è ïîëîæèòåëüíûå èîíû ìåòàëëîâ, ñâÿçàííûå ïîñðåäñòâîì îáîáùåñòâë¸ííûõ âíåøíèõ ýëåêòðîíîâ, ïðèíàäëåæàùèõ âñåìó êðèñòàëëó. Ýòè ýëåêòðîíû êîìïåíñèðóþò ñèëû ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî îòòàëêèâàíèÿ ìåæäó ïîëîæèòåëüíûìè èîíàìè è òåì ñàìûì ñâÿçûâàþò èõ, îáåñïå÷èâàÿ óñòîé÷èâîñòü ìåòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêè. Ìåòàëëè÷åñêàÿ ñâÿçü îáóñëîâëèâàåò âñå âàæíåéøèå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ: ïëàñòè÷íîñòü, ýëåêòðî- è òåïëîïðîâîäíîñòü, ìåòàëëè÷åñêèé áëåñê è äðóãèå ñâîéñòâà, õàðàêòåðíûå äëÿ ýòîãî êëàññà ïðîñòûõ âåùåñòâ. Ïëàñòè÷íîñòü — ýòî ñâîéñòâî âåùåñòâà èçìåíÿòü ôîðìó ïîä âíåøíèì âîçäåéñòâèåì è ñîõðàíÿòü ïðèíÿòóþ ôîðìó ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ ýòîãî âîçäåéñòâèÿ. Ñïîñîáíîñòü ðàñïëþùèâàòüñÿ îò óäàðà èëè âûòÿãèâàòüñÿ â ïðîâîëîêó ïîä äåéñòâèåì ñèëû ñîñòàâëÿåò âàæíåéøåå ìåõàíè÷åñêîå ñâîéñòâî ìåòàëëîâ. Îíî ëåæèò â îñíîâå òàêîé óâàæàåìîé áîëüøèíñòâîì íàðîäîâ ìèðà ïðîôåññèè, êàê ïðîôåññèÿ êóçíåöà. Íåäàðîì ïîêðîâèòåëåì êóçíå÷íîãî äåëà ó ðàçíûõ íàðîäîâ áûë áîã îãíÿ: ó ãðåêîâ — Ãåôåñò, ó ðèìëÿí — Âóëêàí, ó ñëàâÿí — Ñâàðîã.
Ïëàñòè÷íîñòü ìåòàëëîâ îáóñëîâëåíà ñïîñîáíîñòüþ îäíèõ ñëî¸â àòîì-èîíîâ â êðèñòàëëàõ ïîä âíåøíèì âîçäåéñòâèåì ëåãêî ñìåùàòüñÿ (êàê áû ñêîëüçèòü) ïî îòíîøåíèþ ê äðóãèì ñëîÿì áåç ðàçðûâà ñâÿçåé ìåæäó íèìè (ðèñ. 26). Íàèáîëåå ïëàñòè÷íû çîëîòî, ñåðåáðî è ìåäü. Íàïðèìåð, èç çîëîòà ìîæíî èçãîòîâèòü «çîëîòóþ ôîëüãó» òîëùèíîé 0,003 ìì, êîòîðóþ èñïîëüçóþò äëÿ çîëî÷åíèÿ èçäåëèé (ðèñ. 27). Âûñîêàÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ îáóñëîâëåíà ïðèñóòñòâèåì â èõ êðèñòàëëè÷åñêèõ ðåø¸òêàõ ïîäâèæíûõ ýëåêòðîíîâ, êîòîðûå íàïðàâëåííî ïåðåìåùàþòñÿ ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ (ðèñ. 28).
Ïðè íàãðåâàíèè êîëåáàòåëüíûå äâèæåíèÿ èîíîâ â êðèñòàëëå óñèëèâàþòñÿ, ÷òî çàòðóäíÿåò íàïðàâëåííîå äâèæåíèå ýëåêòðîíîâ è âåä¸ò ê ñíèæåíèþ ýëåêòðè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè. Ïðè îõëàæäåíèè ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ìåòàëëîâ óâåëè÷èâàåòñÿ è âáëèçè àáñîëþòíîãî íóëÿ ïåðåõîäèò â ñâåðõïðîâîäèìîñòü. Íàèáîëüøóþ ýëåêòðîïðîâîäíîñòü èìåþò ñåðåáðî è ìåäü, íàèìåíüøóþ — ìàðãàíåö, ñâèíåö, ðòóòü è âîëüôðàì. Òàêîå ñâîéñòâî, êàê òåïëîïðîâîäíîñòü ìåòàëëîâ, òàêæå ñâÿçàíî ñ âûñîêîé ïîäâèæíîñòüþ ñâîáîäíûõ ýëåêòðîíîâ: ñòàëêèâàÿñü ñ êîëåáëþùèìèñÿ â óçëàõ ðåø¸òêè èîíàìè, ýëåêòðîíû îáìåíèâàþòñÿ ñ íèìè ýíåðãèåé. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû êîëåáàíèÿ èîíîâ ïðè ïîñðåäñòâå ýëåêòðîíîâ ïåðåäàþòñÿ äðóãèì èîíàì, è òåìïåðàòóðà âñåãî ìåòàëëè÷åñêîãî ïðåäìåòà áûñòðî âûðàâíèâàåòñÿ. Äëÿ ãëàäêîé ïîâåðõíîñòè ìåòàëëîâ õàðàêòåðåí ìåòàëëè÷åñêèé áëåñê — ðåçóëüòàò îòðàæåíèÿ ñâåòîâûõ ëó÷åé.  ïîðîøêîîáðàçíîì ñîñòîÿíèè áîëüøèíñòâî ìåòàëëîâ òåðÿåò áëåñê, ïðèîáðåòàÿ ÷¸ðíóþ èëè ñåðóþ îêðàñêó, è òîëüêî àëþìèíèé è ìàãíèé ñîõðàíÿþò áëåñê â ïîðîøêå. Èç àëþìèíèÿ, ñåðåáðà è ïàëëàäèÿ, îáëàäàþùèõ íàèáîëåå âûñîêîé îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòüþ, èçãîòîâëÿþò çåðêàëà, â òîì ÷èñëå è ïðèìåíÿåìûå â ïðîæåêòîðàõ. Äëÿ áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ õàðàêòåðåí áåëûé èëè ñåðûé öâåò. Çîëîòî è ìåäü îêðàøåíû ñîîòâåòñòâåííî â æ¸ëòûé è æ¸ëòî-êðàñíûé öâåò. Èç äðóãèõ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëîâ íàèáîëüøèé ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò òâ¸ðäîñòü, ïëîòíîñòü è òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ. Äëÿ áîëüøèíñòâà ìåòàëëîâ õàðàêòåðåí áåëûé èëè ñåðûé öâåò. Çîëîòî è ìåäü îêðàøåíû ñîîòâåòñòâåííî â æ¸ëòûé è æ¸ëòî-êðàñíûé öâåò. Èç äðóãèõ ôèçè÷åñêèõ ñâîéñòâ ìåòàëëîâ íàèáîëüøèé ïðàêòè÷åñêèé èíòåðåñ ïðåäñòàâëÿþò òâ¸ðäîñòü, ïëîòíîñòü è òåìïåðàòóðà ïëàâëåíèÿ. Äëÿ âñåõ ìåòàëëîâ (êðîìå ðòóòè) ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ õàðàêòåðíî òâ¸ðäîå àãðåãàòíîå ñîñòîÿíèå. Îäíàêî òâ¸ðäîñòü èõ ðàçëè÷íà. Íàèáîëåå òâ¸ðäûå — ìåòàëëû ïîáî÷íîé ïîäãðóïïû VI ãðóïïû (VIB ãðóïïû) Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà. Òàê, õðîì ïî òâ¸ðäîñòè ïðèáëèæàåòñÿ ê àëìàçó. Ñàìûå ìÿãêèå — ìåòàëëû ãëàâíîé ïîäãðóïïû I ãðóïïû (IA ãðóïïû) Ïåðèîäè÷åñêîé ñèñòåìû Ä. È. Ìåíäåëååâà — ùåëî÷íûå ìåòàëëû. Íàïðèìåð, íàòðèé è êàëèé ëåãêî ðåæóòñÿ íîæîì.
Ïî ïëîòíîñòè ìåòàëëû äåëÿò íà ë¸ãêèå (ïëîòíîñòü ìåíüøå 5 ã/ñì3) è òÿæ¸ëûå (ïëîòíîñòü áîëüøå 5 ã/ñì3). Ê ë¸ãêèì îòíîñÿò ùåëî÷íûå, ù¸ëî÷íîçåìåëüíûå ìåòàëëû è àëþìèíèé. Èç ïåðåõîäíûõ ìåòàëëîâ ñþäà âêëþ÷àþò ñêàíäèé, èòòðèé è òèòàí. Ýòè ìåòàëëû, áëàãîäàðÿ ë¸ãêîñòè è òóãîïëàâêîñòè, âñ¸ øèðå ïðèìåíÿþò â ðàçëè÷íûõ îáëàñòÿõ òåõíèêè. Ñàìûé ë¸ãêèé ìåòàëë — ýòî ëèòèé (ð = 0,53 ã/ñì3). Ñàìûé òÿæ¸ëûé — îñìèé (ð = 22,6 ã/ñì3). ˸ãêèå ìåòàëëû îáû÷íî ëåãêîïëàâêè, ãàëëèé ìîæåò ïëàâèòüñÿ óæå íà ëàäîíè ðóêè, à òÿæ¸ëûå ìåòàëëû — òóãîïëàâêè. Íàèáîëüøåé òåìïåðàòóðîé ïëàâëåíèÿ, êîòîðàÿ ðàâíà 3380 °Ñ, îáëàäàåò âîëüôðàì. Ýòî ñâîéñòâî âîëüôðàìà èñïîëüçóþò äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ëàìï íàêàëèâàíèÿ (ðèñ. 29, 2). Êðîìå íåãî â êîíñòðóêöèþ ëàìïû âõîäÿò åù¸ ñåìü ìåòàëëîâ.  Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè â íàñòîÿùåå âðåìÿ, êàê è ðàíåå â Åâðîñîþçå è ÑØÀ, íà ãîñóäàðñòâåííîì óðîâíå ïðèíÿòî ðåøåíèå î çàìåíå ïðèâû÷íûõ ëàìï íàêàëèâàíèÿ íà áîëåå ýêîíîìè÷íûå è äîëãîâå÷íûå ñîâðåìåííûå ëàìïû, íàïðèìåð ãàëîãåííûå, ëþìèíåñöåíòíûå è ñâåòîäèîäíûå. Ãàëîãåííàÿ ëàìïà (ðèñ. 29, 2) — ýòî òà æå ëàìïà íàêàëèâàíèÿ ñ âîëüôðàìîâîé íèòüþ, çàïîëíåííàÿ èíåðòíûìè ãàçàìè ñ äîáàâêîé ïàðîâ ãàëîãåíîâ (áðîìà èëè èîäà).
Ëþìèíåñöåíòíûå (ðèñ. 29, 3) — ýòî õîðîøî çíàêîìûå âàì ëàìïû äíåâíîãî ñâåòà, èìåþùèå îäèí ñóùåñòâåííûé íåäîñòàòîê — îíè ñîäåðæàò ðòóòü, à ïîòîìó íóæäàþòñÿ â ñîáëþäåíèè îñîáûõ ïðàâèë óòèëèçàöèè íà ñïåöèàëüíûõ ïóíêòàõ ïðè¸ìà. Ñâåòîäèîäíûå ëàìïû (ðèñ. 29, 4) — ñàìûå ýêîíîìè÷íûå è ñàìûå äîëãîâå÷íûå (ñðîê ðàáîòû äî 100 òûñ. ÷), íî ïîêà è ñàìûå äîðîãèå èç ëàìï.  òåõíèêå, êàê âû óæå çíàåòå, ìåòàëëû äåëÿò íà ÷¸ðíûå (æåëåçî è åãî ñïëàâû) è öâåòíûå (âñå îñòàëüíûå, áîëåå ïîäðîáíî î íèõ áóäåò ðàññêàçàíî â ñëåäóþùåì ïàðàãðàôå) (ðèñ. 30). Çîëîòî, ñåðåáðî, ïëàòèíó è íåêîòîðûå äðóãèå ìåòàëëû îòíîñÿò ê äðàãîöåííûì ìåòàëëàì (ðèñ. 31). 1
1. Îáðàòèòåñü ê ýëåêòðîííîìó ïðèëîæåíèþ. Èçó÷èòå ìàòåðèàë óðîêà è âûïîëíèòå ïðåäëîæåííûå çàäàíèÿ. 2. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå ýëåêòðîííûå àäðåñà, êîòîðûå ìîãóò ñëóæèòü äîïîëíèòåëüíûìè èñòî÷íèêàìè, ðàñêðûâàþùèìè ñîäåðæàíèå êëþ÷åâûõ ñëîâ è ñëîâîñî÷åòàíèé ïàðàãðàôà. Ïðåäëîæèòå ó÷èòåëþ ñâîþ ïîìîùü â ïîäãîòîâêå íîâîãî óðîêà — ñäåëàéòå ñîîáùåíèå ïî êëþ÷åâûì ñëîâàì è ñëîâî-ñî÷åòàíèÿì ñëåäóþùåãî ïàðàãðàôà.
1. Íàçîâèòå ñàìûé ëåãêîïëàâêèé ìåòàëë. 2. Êàêèå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ èñïîëüçóþò â òåõíèêå? 3. Ôîòîýôôåêò, ò. å. ñâîéñòâî ìåòàëëîâ èñïóñêàòü ýëåêòðîíû ïîä äåéñòâèåì ëó÷åé ñâåòà, õàðàêòåðåí äëÿ ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ, íàïðèìåð äëÿ öåçèÿ. Ïî÷åìó? Ãäå ýòî ñâîéñòâî íàõîäèò ïðèìåíåíèå? 4. Êàêèå ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà âîëüôðàìà ëåæàò â îñíîâå åãî ïðèìåíåíèÿ â ëàìïàõ íàêàëèâàíèÿ? 5. Êàêèå ñâîéñòâà ìåòàëëîâ ëåæàò â îñíîâå îáðàçíûõ ëèòåðàòóðíûõ âûðàæåíèé: «ñåðåáðÿíûé èíåé», «çîëîòàÿ çàðÿ», «ñâèíöîâûå òó÷è»?
|
|
|