Atomu uzbūve un ķīmiskās saites
Kāpēc metāli ir cieti, vadītspējīgi un deformējami — visa pamats
AI generated Metāli uzvedas tā, kā uzvedas, jo to atomi ir savienoti noteiktā veidā: metāliskā saite padara tos vadītspējīgus, deformējamus un spīdīgus. Kas saprot atomu uzbūvi, saprot, kāpēc leģēšana darbojas, kāpēc tērauds kļūst cietāks un kāpēc rodas rūsa. Tas ir materiālu zinātnes pamatā.
Viss, ko tu zini par metāliem — to stiprība, to vadītspēja, to deformējamība — izriet no to atomu uzbūves. Tāpēc materiālu zinātne sākas par vienu līmeni zemāk, nekā domā.
Atoms sastāv no kodola (protoni + neitroni) un elektronu apvalka. Elektroni atrodas apvalkos, un visattālākais apvalks — valences elektroni — nosaka ķīmisko uzvedību. Metāliem ir maz, vāji saistītu valences elektronu. Tieši tas ir viņu noslēpums.
Metālā atomi atdod savus valences elektronus kopējā katlā: „elektronu gāzē“, kas brīvi pārvietojas pa režģi. Pozitīvi lādētie atomu kodoli peld šajā negatīvo elektronu jūrā. Tā ir metāliskā saite. Tā izskaidro gandrīz visu:
• Vadītspēja: Brīvie elektroni pārnes strāvu un siltumu. Tāpēc varš vada labāk nekā tērauds, un tērauds vada labāk nekā keramika.
• Deformējamība: Kad metālu liec, atomu kodoli slīd viens gar otru — elektronu mākonis tos joprojām satur kopā. Tāpēc metālu var kalst, velmēt un locīt, nesalaužot.
• Spīdums: Brīvie elektroni atstaro gaismu.
Bez metāliskās saites pastāv jonu saite (elektroni tiek pilnībā nodoti, piem., vārāmais sāls) un atomu saite (elektroni tiek dalīti, piem., dimantā). Abas ir svarīgas keramikā un plastmasās — un izskaidro, kāpēc tās ir trauslas: tās nevar deformēties kā metāli, nesalūstot.
izšķiroša ir trešā lieta: . Ja ievieto svešu atomu metāla režģī, ir divas iespējas. Vai nu svešais atoms ir līdzīga izmēra un aizstāj saimniekatomu — (piem., dzelzī). Vai arī tas ir pietiekami mazs, lai ieslīdētu spraugās — (piem., dzelzī).
Tieši šie ievietotie oglekļa atomi ir iemesls, kāpēc tērauds vispār var rūdīties: tie saspiež režģi. Vairāk par to rakstā par un veidošanos.