Structura atomului și legături chimice
De ce metalele sunt rezistente, conductoare și deformabile — baza tuturor
AI generated Metalele se comportă așa cum se comportă pentru că atomii lor sunt legați într-un anumit fel: legătura metalică le face conductoare, deformabile și strălucitoare. Cine înțelege structura atomică înțelege de ce funcționează alierea, de ce oțelul se întărește și de ce apare rugina. Acesta este stratul cel mai de jos al științei materialelor.
Tot ce știi despre metale — rezistența lor, conductivitatea lor, deformabilitatea lor — decurge din structura atomilor lor. Știința materialelor începe, prin urmare, cu un nivel mai adânc decât te-ai gândi.
Un atom este format dintr-un nucleu (protoni + neutroni) și un înveliș de electroni. Electronii sunt așezați pe straturi, iar stratul cel mai exterior — electronii de valență — decide comportamentul chimic. Metalele au puțini electroni de valență, legați lejer. Exact acesta este secretul lor.
Într-un metal, atomii își cedează electronii de valență într-un fond comun: un „gaz de electroni", care se mișcă liber prin rețea. Ionii pozitivi ai atomilor plutesc în acest lac de electroni negativi. Aceasta este legătura metalică. Ea explică aproape totul:
• Conductivitate: Electronii liberi transportă curent și căldură. De aceea cuprul conduce mai bine decât oțelul, iar oțelul mai bine decât ceramica.
• Deformabilitate: Când metalul este îndoit, ionii alunecă unii pe lângă alții — norul de electroni îi ține totuși împreună. De aceea metalul poate fi forjat, laminat și îndoit fără să se rupă.
• Strălucire: Electronii liberi reflectă lumina.
Pe lângă legătura metalică, există legătura ionică (electronii sunt transferați complet, de ex. sarea de bucătărie) și legătura covalentă (electronii sunt împărțiți, de ex. în diamant). Ambele sunt importante pentru ceramici și materiale plastice — și explică de ce acestea sunt fragile: nu se pot deforma ca metalele fără să se rupă.
Pentru , un al treilea lucru este crucial: . Când introduci un atom străin într-o rețea metalică, există două posibilități. Fie atomul străin este de dimensiuni similare și înlocuiește un atom gazdă — (de ex. în fier). Fie este suficient de mic pentru a se strecura în goluri — (de ex. în fier).
Exact acești atomi de carbon interstițiali sunt motivul pentru care oțelul poate fi călit: ei tensionează rețeaua. Mai multe despre asta în articolul despre și formarea .