Atomų sandara ir cheminiai ryšiai
Kodėl metalai tvirti, laidūs ir formuojami — visko pagrindas
AI generated Metalai elgiasi taip, kaip elgiasi, nes jų atomai tam tikru būdu surišti: metalinis ryšys daro juos laidžius, formuojamus ir blizgius. Kas supranta atomų sandarą, supranta, kodėl legiravimas veikia, kodėl plienas tampa kietesnis ir kodėl atsiranda rūdys. Tai yra žemiausias medžiagotyros sluoksnis.
Viskas, ką žinai apie metalus — jų stiprumą, laidumą, formuojamumą — kyla iš jų atomų sandaros. Todėl medžiagotyra pradeda vienu lygiu žemiau, nei įprasta manyti.
Atomas susideda iš branduolio (protonai + neutronai) ir elektronų apvalkalo. Elektronai išsidėstę sluoksniuose, o išorinis sluoksnis — valentiniai elektronai — lemia cheminį elgesį. Metalai turi nedaug silpnai surištų valentinių elektronų. Būtent tai ir yra jų paslaptis.
Metale atomai atiduoda savo valentinius elektronus į bendrą katilą: „elektronų dujos", kurios laisvai keliauja per gardelę. Teigiamai įkrauti atomų branduoliai plaukioja šiame neigiamų elektronų ežere. Tai yra metalinis ryšys. Jis paaiškina beveik viską:
• Laidumas: Laisvieji elektronai perneša srovę ir šilumą. Todėl varis laidžia geriau nei plienas, o plienas geriau nei keramika.
• Formuojamumas: Kai metalas lenkiamas, atomų branduoliai slysta vienas pro kitą — elektronų debesis juos vis tiek laiko kartu. Todėl metalą galima kalti, valcuoti ir lenkti nelūžtant.
• Blizgesys: Laisvieji elektronai atspindi šviesą.
Be metalinio ryšio yra joninis ryšys (elektronai visiškai perduodami, pvz., valgomoji druska) ir kovalentinis ryšys (elektronai dalijami, pvz., deimante). Abu svarbūs keramikai ir plastikams — ir paaiškina, kodėl jie trapūs: jie negali deformuotis kaip metalai nelūžtant.
lemiamas trečias dalykas: . Kai į metalo gardelę įterpi svetimą atomą, yra dvi galimybės. Arba svetimas atomas yra panašaus dydžio ir pakeičia šeimininko atomą — (pvz., geležyje). Arba jis pakankamai mažas, kad įlįstų į tarpus — (pvz., geležyje).
Būtent šie įterpti anglies atomai yra priežastis, kodėl plienas apskritai gali grūdintis: jie įtempia gardelę. Daugiau apie tai straipsnyje apie ir susidarymą.