Građa atoma i kemijske veze
Zašto su metali čvrsti, vodljivi i oblikovljivi — osnova svega
AI generated Metali se ponašaju onako kako se ponašaju jer su njihovi atomi povezani na određen način: metalna veza čini ih vodljivima, oblikovljivima i sjajnim. Ko razumije građu atoma, razumije zašto legiranje funkcionira, zašto čelik postaje tvrđi i zašto nastaje rđa. To je najniži sloj znanosti o materijalima.
Sve što znaš o metalima — njihova čvrstoća, njihova vodljivost, njihova oblikovljivost — proizlazi iz građe njihovih atoma. Znanost o materijalima zato počinje jednu razinu niže nego što misliš.
Atom se sastoji od jezgre (protoni + neutroni) i ljuske elektrona. Elektroni se nalaze u ljuskama, a najvanjska ljuska — valentni elektroni — odlučuje o kemijskom ponašanju. Metali imaju malo slabo vezanih valentnih elektrona. Upravo je to njihova tajna.
U metalu atomi predaju svoje valentne elektrone u zajednički lonac: „elektronski plin" koji slobodno putuje kroz rešetku. Pozitivno nabijene atomske jezgre plivaju u tom jezeru negativnih elektrona. To je metalna veza. Objašnjava gotovo sve:
• Vodljivost: Slobodni elektroni prenose struju i toplinu. Zato bakar vodi bolje od čelika, a čelik bolje od keramike.
• Oblikovljivost: Kad se metal savije, atomske jezgre klize jedna pokraj druge — oblak elektrona ih ipak drži zajedno. Zato se metal može kovati, valjati i savijati bez pucanja.
• Sjaj: Slobodni elektroni reflektiraju svjetlost.
Osim metalne veze postoje ionska veza (elektroni se potpuno prenose, npr. kuhinjska sol) i atomska veza (elektroni se dijele, npr. u dijamantu). Obje su važne kod keramika i plastike — i objašnjavaju zašto su one krte: ne mogu se oblikovati kao metali, a da ne puknu.
Za je odlučna treća stvar: . Kad u metalnu rešetku ubaciš strani atom, postoje dvije mogućnosti. Ili je strani atom slične veličine i zamjenjuje domaći atom — (npr. u željezu). Ili je dovoljno malen da uđe u praznine — (npr. u željezu).
Upravo ti ugrađeni atomi ugljika razlog su zašto se čelik uopće može kaliti: napinju rešetku. Više o tome u članku o i nastanku .