Электронное строение и классификация металлов

Практическое занятие №1

Электронное строение и классификация металлов

Металлы, или вещества, находящиеся в металлическом состоянии, обладают электронным строением, характеризующимся наличием незаполненных подуровней в валентной зоне. Валентные электроны не связаны с определенными атомами, а принадлежат всему металлическому телу, образуя электронный газ, окружающий каркас из положительно заряженных ионов.

Металлическая связь между атомами ненаправленная. Каждый атом стремится окружить себя как можно большим числом соседних атомов, следствием чего является высокая компактность металлов.

Электроны, образующие электронный газ, называются электронами проводимости, поскольку они легко перемещаются во внешнем электрическом поле, создавая электрический ток.

Недостроенность валентных энергетических зон металлов определяет их высокую электропроводность, теплопроводность, металлический блеск и др. Все металлы имеют положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, т.е. при Т ®0 К R ®0 (у полупроводников и неметаллов при Т ®0 К R ®µ).

По ряду характерных признаков металлы делят на 2 группы: черные и цветные. К черным относят железо и его сплавы (стали и чугуны. Нередко к металлам железной группы относят Ni, Co, Mn). Остальные металлы и сплавы на их основе – цветные. (Видео «Металлы и сплавы»).

v -тугоплавкие – Ti, Zr, Cr, V, Nb, Mo, W и др.(температура плавления выше 1800°С);

- легкоплавкие – Hg, Sn, Bi(висмут), Cd, Pb, Zn, Sb(сурьма) и др.

v - легкие – Mg, Be, Al, Ti (металлы с низкой плотностью ρ≤ 5г/см³ );

- тяжелые – Zn, Cu, Sn, Pb, Ag, Au;

v - благородные -Ag, Au, Os, Pt, Ir(иридий), Rh(родий), Pd(палладий)- они химически инертны (часто к ним относят медь, обладающую хим. Стойкостью в сухой атмосфере);

v - редкоземельные (РЗМ) – относят металлы группы лантана – лантаноиды (Се –церий, Рr – прозеодим, Nd-неодим и др.) и сходные с ними Y(иттрий), Sc(скандий);

v - урановые – Th(торий), Pa(протактиний), U и др.-актиноиды, используются в атомной техники;

v - щелочноземельные -Li, Na, K, используются в качестве теплоносителей в ядерных реакторах.

Ряд металлов (Fe, Ni, Co, Cd), в связи с особенностями их электронного строения обладают ферромагнетизмом – способностью сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле. Основные свойства ферромагнетиков определяются доменной структурой их кристаллов. Домен – это область кристалла размером 10^-4 …10^-6м, которая при отсутствии внешнего магнитного поля спонтанно (самопроизвольно) намагничена до насыщения. Магнитные моменты отдельных доменов направлены различно, поэтому полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю.

Вопросы тестов к разделу:

К какой группе металлов принадлежит железо и его сплавы?

a) К тугоплавким; b) К черным; c) К диамагнетикам; d) К металлом с высокой удельной прочностью

 

2. Какой из приведенных ниже металлов (сплавов) относится к черным?

a) Латунь; b) Коррозионно-стойкая сталь; c) Баббит; d) Дюралюмины

Как называют металлы с температурой плавления выше температуры плавления титана?

a) Тугоплавкими; b) Благородными; c) Черными; d) Редкоземельными

К какой группе металлов относится вольфрам?

a) К актиноидам; b) К благородным; c) К редкоземельным; d) К тугоплавким

В какой из приведенных ниже групп содержатся только тугоплавкие металлы?

a) Никель, алюминий; b) Титан, актиний; c) Молибден, цирконий; d) Вольфрам, железо

6. К какой группе металлов (сплавов) относится магний?

a) К легкоплавким; b) К благородным; c) К легким; d) К редкоземельным

В какой из приведенных ниже групп содержатся только легкие металлы?

a) Титан, медь; b) Серебро, хром; c) Алюминий, олово; d) Магний, берилий

В какой из приведенных ниже групп содержатся только легкоплавкие металлы?

a) Индий, магний; b) Олово, свинец; c) Сурьма, никель; d) Цинк, кобальт

Что является одним из признаком металлической связи?

a) Скомпенсированность собственных моментов электронов; b) Образование кристаллической решетки; c) Обобществление валентных электронов в объеме всего тела; d) Направленность межатомных связей

Какое свойство металлов может быть объяснено отсутствием направленности межатомных связей?

a) парамагнетизм; b) электропроводность; c) анизотропность; d) высокая компактность

Что такое домен?

a) единица размера металлического зерна; b) область спонтанной намагниченности ферромагнетика; c) вид дефекта кристаллической структуры; d) участок металлического зерна с ненарушенной кристаллической решеткой

 

Практическое занятие №1

Электронное строение и классификация металлов

Металлы, или вещества, находящиеся в металлическом состоянии, обладают электронным строением, характеризующимся наличием незаполненных подуровней в валентной зоне. Валентные электроны не связаны с определенными атомами, а принадлежат всему металлическому телу, образуя электронный газ, окружающий каркас из положительно заряженных ионов.

Металлическая связь между атомами ненаправленная. Каждый атом стремится окружить себя как можно большим числом соседних атомов, следствием чего является высокая компактность металлов.

Электроны, образующие электронный газ, называются электронами проводимости, поскольку они легко перемещаются во внешнем электрическом поле, создавая электрический ток.

Недостроенность валентных энергетических зон металлов определяет их высокую электропроводность, теплопроводность, металлический блеск и др. Все металлы имеют положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, т.е. при Т ®0 К R ®0 (у полупроводников и неметаллов при Т ®0 К R ®µ).

По ряду характерных признаков металлы делят на 2 группы: черные и цветные. К черным относят железо и его сплавы (стали и чугуны. Нередко к металлам железной группы относят Ni, Co, Mn). Остальные металлы и сплавы на их основе – цветные. (Видео «Металлы и сплавы»).

v -тугоплавкие – Ti, Zr, Cr, V, Nb, Mo, W и др.(температура плавления выше 1800°С);

- легкоплавкие – Hg, Sn, Bi(висмут), Cd, Pb, Zn, Sb(сурьма) и др.

v - легкие – Mg, Be, Al, Ti (металлы с низкой плотностью ρ≤ 5г/см³ );

- тяжелые – Zn, Cu, Sn, Pb, Ag, Au;

v - благородные -Ag, Au, Os, Pt, Ir(иридий), Rh(родий), Pd(палладий)- они химически инертны (часто к ним относят медь, обладающую хим. Стойкостью в сухой атмосфере);

v - редкоземельные (РЗМ) – относят металлы группы лантана – лантаноиды (Се –церий, Рr – прозеодим, Nd-неодим и др.) и сходные с ними Y(иттрий), Sc(скандий);

v - урановые – Th(торий), Pa(протактиний), U и др.-актиноиды, используются в атомной техники;

v - щелочноземельные -Li, Na, K, используются в качестве теплоносителей в ядерных реакторах.

Ряд металлов (Fe, Ni, Co, Cd), в связи с особенностями их электронного строения обладают ферромагнетизмом – способностью сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле. Основные свойства ферромагнетиков определяются доменной структурой их кристаллов. Домен – это область кристалла размером 10^-4 …10^-6м, которая при отсутствии внешнего магнитного поля спонтанно (самопроизвольно) намагничена до насыщения. Магнитные моменты отдельных доменов направлены различно, поэтому полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю.

Вопросы тестов к разделу: