Металл или метал?

Алан-э-Дейл       29.04.2022 г.

Физические свойства металлов

Твёрдость

Все металлы (кроме ртути и, условно, франция) при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью. Ниже в таблице приводится твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса.

Твёрдость некоторых металлов по шкале Мооса:
Твёрдость Металл
0.2 Цезий
0.3 Рубидий
0.4 Калий
0.5 Натрий
0.6 Литий
1.2 Индий
1.2 Таллий
1.25 Барий
1.5 Стронций
1.5 Галлий
1.5 Олово
1.5 Свинец
1.5 Ртуть(тв.)
1.75 Кальций
2.0 Кадмий
2.25 Висмут
2.5 Магний
2.5 Цинк
2.5 Лантан
2.5 Серебро
2.5 Золото
2.59 Иттрий
2.75 Алюминий
3.0 Медь
3.0 Сурьма
3.0 Торий
3.17 Скандий
3.5 Платина
3.75 Кобальт
3.75 Палладий
3.75 Цирконий
4.0 Железо
4.0 Никель
4.0 Гафний
4.0 Марганец
4.5 Ванадий
4.5 Молибден
4.5 Родий
4.5 Титан
4.75 Ниобий
5.0 Иридий
5.0 Рутений
5.0 Тантал
5.0 Технеций
5.0 Хром
5.5 Бериллий
5.5 Осмий
5.5 Рений
6.0 Вольфрам
6.0 β-Уран

Температура плавления

Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.

Плотность

В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.

Пластичность

Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.

Электропроводность

Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.

Теплопроводность

Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.

Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.

Цвет

Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.

Химические свойства металлов

Выше уже было сказано, что металлы достаточно легко расстаются со своими электронами (окисляются), т.е. в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями.

Во всех химических реакциях металлы являются восстановителями, проявляя только положительные степени окисления
Me-ne- → Men+
  • M — металл;
  • e- — электрон;
  • n — целое число.

Металлы характеризуются низкими величинами энергии ионизации (энергии, необходимой, для отрыва электрона от атома).

Восстановительная способность металлов:

  • в периодах уменьшается слева-направо;
  • в главных подгруппах увеличивается сверху-вниз.

Металл является более сильным восстановителем, чем он стоит левее в периоде и ниже в главной подгруппе.

Восстановительная активность металлов, в реакциях, протекающих в растворах веществ, зависит от места металла в электрохимическом ряду напряжений.

Химические реакции металлов с неметаллами (простыми веществами):

  • с водородом металлы образуют гидриды:Ca+H2 = CaH2 — гидрид кальция
  • с галогенами металлы образуют галогениды (соли):Mg+Br2 = MgBr2 — бромид магния
  • с кислородом металлы образуют оксиды:4Na+O2 = 2Na2O — оксид натрия
  • с серой металлы образуют сульфиды (соли):Fe+S = FeS — сульфид железа
  • с углеродом металлы образуют карбиды:Ca+2C = CaC2 — карбид кальция

Химические реакции металлов с сложными веществами:

  • металлы от лития до натрия (см. ряд напряжений) вытесняют водород при н.у. с образованием щелочей:
    2Na+2H2O = 2NaOH+H2
  • металлы, стоящие левее водорода, реагируют с разбавленными кислотами с образованием солей и выделением водорода:
    2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2
  • металлы реагируют с растворами солей менее активных металлов, восстанавливая при этом менее активный металл, с образованием соли более активного металла:
    Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu

Взаимодействие с простыми веществами

На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны).

Реакции с простыми веществами

С кислородом реагируют все металлы, кроме золота и платиновых металлов. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:

4Li+O2=2Li2O{\displaystyle {\mathsf {4Li+O_{2}=2Li_{2}O}}}оксид лития
2Na+O2=Na2O2{\displaystyle {\mathsf {2Na+O_{2}=Na_{2}O_{2}}}}пероксид натрия
K+O2=KO2{\displaystyle {\mathsf {K+O_{2}=KO_{2}}}}надпероксид калия

Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:

Na2O2+2Na=2Na2O{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O_{2}+2Na=2Na_{2}O}}}

Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании:

3Fe+2O2=Fe3O4{\displaystyle {\mathsf {3Fe+2O_{2}=Fe_{3}O_{4}}}}
2Hg+O2=2HgO{\displaystyle {\mathsf {2Hg+O_{2}=2HgO}}}
2Cu+O2=2CuO{\displaystyle {\mathsf {2Cu+O_{2}=2CuO}}}

С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:

6Li+N2=2Li3N{\displaystyle {\mathsf {6Li+N_{2}=2Li_{3}N}}}

При нагревании:

2Al+N2=2AlN{\displaystyle {\mathsf {2Al+N_{2}=2AlN}}}
3Ca+N2=Ca3N2{\displaystyle {\mathsf {3Ca+N_{2}=Ca_{3}N_{2}}}}

С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины.

Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:

Fe+S=FeS{\displaystyle {\mathsf {Fe+S=FeS}}}

С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп, кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:

2Na+H2=2NaH{\displaystyle {\mathsf {2Na+H_{2}=2NaH}}}
Mg+H2=MgH2{\displaystyle {\mathsf {Mg+H_{2}=MgH_{2}}}}

С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан.

2Na+2C=Na2C2{\displaystyle {\mathsf {2Na+2C=Na_{2}C_{2}}}}
Na2C2+2H2O=2NaOH+C2H2{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}C_{2}+2H_{2}O=2NaOH+C_{2}H_{2}}}}

Примечания

  1. Строго говоря из-за амфотерности химических свойств полуметаллы (металлоиды) представляют собой обособленную группу, не относясь ни к металлам, ни к неметаллам; К группе металлов их можно отнести лишь условно.
  2. Ломоносов М. В. Основы металлургии и горного дела. — Санкт-Петербург: Императорская Академия Наук, 1763. — 416 с.
  3. Этимологический словарь русского языка. Вып. 10: М / Под общей редакцией А. Ф. Журавлёва и Н. М. Шанского. — М.: Изд-во МГУ, 2007. — 400 с. ISBN 978-5-211-05375-5
  4.  (англ.)
  5.  (англ.)
  6. Поваренных А. С. Твердость минералов. — АН УССР, 1963. — С. 197-208. — 304 с.
  7. , с. 92.
  8. , с. 93-94.
  9. , с. 97.
  10. , с. 103.

Электронное строение

Все металлы имеют слабую связь валентных электронов (электронов внешнего энергетического уровня) с ядром. Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к лавинообразному движению электронов (называемых электронами проводимости) в кристаллической решётке. Совокупность таких электронов часто называют электронным газом. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают фононы (колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения дислокаций и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы, вакансии и др.).

Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к коррозии и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать по ряду активности металлов. Этот факт подтверждает необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (сплав, важнейшим из которых является сталь), их легирование и применение различных покрытий.

Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать квантовую механику. Во всех твёрдых телах с достаточной симметрией уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют разрешённые зоны, причём зона, образованная валентными электронами, называется валентной зоной. Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных электронов не хватает для её полного заполнения.

Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце начинается перестройка валентных электронов, то есть течёт электрический ток.

Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой теплопроводности, а также к способности зеркально отражать электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).

История возникновения

Сам по себе металл возник в середине 70-х годов в Соединенных Штатах Америки под влиянием относительно «не тяжелых» рок-н-ролл команд. Многие фанаты подобной музыки в перспективе наблюдали утяжеление гитарных риффов и срыв ограничений в лирике, потому как рамки блюза, джаза и кантри устраивали не всех. Так и произошло — вскоре группы начали приобретать более тяжелый окрас в исполнении своих песен: перегруженные гитары, маршевая ритм-секция, агрессивный вокал. Мода на тяжелый прогрессивный звук росла, и уже сегодня мы можем наблюдать представителей жанра металл во всех его проявлениях практически в любой точке Земли. Ежегодно во многих странах проводят металл-фесты и концерты металл-групп, а число фанатов такой музыки невероятно быстро растет.

Общая характеристика металлов

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В основе такого деления лежит различие в строении атомов элементов.

Неметаллы в таблице Периодической системы Менделеева занимают правый верхний угол (желтые ячейки на рисунке внизу):

Все остальные, не желтые ячейки плюс водород и гелий — занимают металлы. Таким образом, неметаллы и металлы в Периодической таблице разделены условной диагональю бор-астат.

Химические элементы, расположенные в непосредственной близости от этой диагонали (алюминий, титан, галлий, германий, сурьма, теллур, астат), имеют двойственные свойства, реагируя в некоторых случаях, как металлы, а в других — как неметаллы.

Закономерности расположения элементов в периодах (слева-направо):

  • Радиус атома — уменьшается;
  • Заряд ядра — увеличивается;
  • Электроотрицательность — увеличивается;
  • Кол-во электронов на внешнем слое — увеличивается;
  • Прочность связи внешних электронов с ядром атома — увеличивается;
  • Способность отдавать электроны — уменьшается.

Исходя из вышеуказанных закономерностей, нетрудно догадаться, что металлы находятся в начале каждого периода (слева), а неметаллы — в конце (справа).

Атомы металлов:

  • как правило, на внешнем электронном слое имеют 1-3 электрона (4 электрона у Ge, Sn, Pb; 5 — у Sb, Bi; 6 — у Po);
  • имеют больший размер атома и меньший заряд его ядра, по сравнению с неметаллами своего периода;
  • имеют высокопрочную связь внешних электронов с ядром атома;
  • легко расстаются с валентными электронами, превращаясь в катионы.

При н.у. все металлы (за исключением ртути) являются твердыми веществами, обладающими прочной кристаллической решеткой, образованной за счет металлических связей. Между узлами кристаллической решетки находятся свободные электроны, которые могут переносить теплоту и проводить электрический ток. Поэтому, в отличие от неметаллов, металлы хорошо проводят тепло и обладают высокой электропроводностью.

Физические свойства металлов:

  • твердые вещества (кроме ртути);
  • обладают характерным металлическим блеском;
  • обладают высокой электро- и теплопроводностью;
  • обладают высокими механическими качествами: упругостью, пластичностью, прочностью.

Самыми мягкими металлами являются калий и натрий (их можно резать ножом), самый твердый металл — хром (царапает стекло).

Самый легкоплавкий металл ртуть (-38,9°C), самый тугоплавкий — вольфрам (3380°C).

Самая низкая плотность у лития (0,59 г/см3), самая высокая — у осмия (22,48 г/см3).

Еще одной характерной особенностью металлов является их способность намагничиваться:

  • ферромагнетики обладают высокой способностью намагничиваться даже под действием незначительного магнитного поля (железо, никель);
  • парамагнетики проявляются слабую способность к намагничиванию (алюминий, хром);
  • диамагнетики не намагничиваются (олово, медь).

Применение металлов

Конструкционные материалы

Металлы и их сплавы — одни из главных конструкционных материалов современной цивилизации. Это определяется, прежде всего, их высокой прочностью, однородностью и непроницаемостью для жидкостей и газов. Кроме того, меняя рецептуру сплавов, можно менять их свойства в очень широких пределах.

Электротехнические материалы

Металлы используются в качестве хороших проводников электричества (медь, алюминий), так и в качестве материалов с повышенным сопротивлением для резисторов и электронагревательных элементов (нихром и т. п.).

Инструментальные материалы

Металлы и их сплавы широко применяются для изготовления инструментов (их рабочей части). В основном, это инструментальные стали и твёрдые сплавы. В качестве инструментальных материалов применяются также алмаз, нитрид бора, керамика.

Употребление слова МЕТАЛ

Второй омоним – слово МЕТАЛ. С одной Л в конце – это глагол несовершенного вида, мужского рода, прошедшего времени, имеющий инфинитив «метать»: «Спортсмен метал копье».

В этом случае все глаголы прошедшего времени от слова «метать» пишутся с одной Л: «метала, метали, метало». Хотя в среднем роде этот глагол чаще всего пишется совершенного вида, с приставками: «разметало, заметало».

Примеры предложений

  • Вчера все наши восьмые классы на физкультуре метали мяч.
  • В молодости он был спортсменом: метал копье.
  • Разозлившись, она метала в стенку все, что под руку попадалось.
  • Сено ветром разметало по всему полю.
  • Белье беспорядочно заметало по всей улице.
  • Павел очень устал: весь день метал сено, чтобы успеть до дождя.

Типы кристаллических решеток

Все металлы в твердом состоянии представляют собой кристаллы. Кристалл – это совокупность атомов, расположенных в пространстве не хаотично, а в геометрически правильной последовательности. Пространственное расположение атомов и образует кристаллическую решетку.

В узлах пространственной кристаллической решетки металла правильно расположены положительно заряженные ионы, а между ними перемещаются свободные электроны – электронный газ. Переходя от одного катиона к другому, они осуществляют связь между ионами и превращают кристалл металла в единое целое. Эта связь, называемая металлической, возникает между атомами металлов за счет перекрывания электронных облаков внешних электронов. Металлическая связь отличается от неполярной ковалентной связи своей ненаправленностью. В кристалле металлического типа электроны не закреплены между двумя атомами, а принадлежат всем атомам данного кристалла, т. е. делокализованы. К особенности структуры металлических кристаллов относятся большие координационные числа – 8÷12, которым соответствует высокая плотность упаковки.

Кристаллическая решетка каждого металла состоит из положительно заряженных ионов одинакового размера, расположенных в кристалле по принципу наиболее плотной упаковки шаров одинакового диаметра.

Различают три основных типа упаковки, или кристаллической решетки.

1. Объемноцентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 8 (натрий, калий, барий). Атомы металла расположены в вершинах куба, а один – в центре объема. Плотность упаковки шарообразными ионами в этом случае составляет 68 %.

2. Гранецентрированная кубическая решетка с координационным числом, равным 12 (алюминий, медь, серебро). Атомы металла расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Плотность упаковки – 74 %.

3. Гексагональная решетка с координационным числом 12 (магний, цинк, кадмий). Атомы металла расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а еще три – в ее средней плоскости. Плотность упаковки – 74 %.

Из-за неодинаковой плотности атомов в различных направлениях кристалла наблюдаются разные свойства. Это явление, получившее название анизотропия, характерно для одиночных кристаллов – монокристаллов. Однако большинство металлов в обычных условиях имеют поликристаллическое строение, т. е. состоят из значительного числа кристаллов, или зерен, каждое из которых анизотропно. Разная ориентировка отдельных зерен приводит к усреднению свойств поликристаллического металла.

Особенности кристаллических решеток обусловливают характерные физические свойства металлов.

Происхождение слова «металл»

Слово «металл» заимствовано из немецкого языка. Отмечается в «Травнике» Николая Любчанина, написанном в 1534 году: «…злато и серебро всех металей одолеваетъ». Окончательно усвоено в Петровскую эпоху. Первоначально имело общее значение «минерал, руда, металл»; разграничение этих понятий произошло в эпоху М. В. Ломоносова.

Металлом называется светлое тело, которое ковать можно. Таких тел находим только шесть: золото, серебро, медь, олово, железо и свинец. Разделяются на высокие и простые металлы; которое разнство в том состоит, что высоких одним огнём без помощи других материй в пепел сожечь не можно, а напротив того простые через едину онаго силу в пепел обращаются. … За полуметаллы почитаются мышьяк, сурьма, висмут, цинк и ртуть.
М. В. Ломоносов

Немецкое слово «metall» заимствовано из латинского языка, где «metallum» — «рудник, металл». Латинское, в свою очередь, заимствовано из греческого языка (μεταλλον — «рудник, копь»).

Поджанры металла

  • Хэви-метал. Собственно, родоначальник тяжелой музыки. Жанр метал строится из хэви-метала во всех его проявлениях. Самые известные представители — Black Sabbath и Judas Priest.
  • Прогрессив-метал. Технически самый сложный жанр рок-музыки из-за сложных гитарных партий. Чаще всего под понятием «прогрессив» также ошибочно воспринимают какую-то альтернативную тяжелую музыку, не вписывающуюся в рамки других стилей металла. Opeth и Dream Theater — самые популярные среди прогрессив-групп.
  • Спид-метал. Весьма интересный жанр, характеризующий себя скоростной и дробящей ритм техникой. Представители — Metallica и Haloween, например.
  • Трэш-метал. Чем-то напоминает спид-метал, однако имеет более диссонансное и ярое звучание, лирика все же часто протестная, напоминающая панк-рок. Havok и Slayer — то, с чего стоит начинать слушать трэш-метал.
  • Грув-метал. Более мелодичное и форменное ответвление трэша, тем не менее самостоятельный металл жанр со своей атмосферой и накалом. Machine Head или Pantera замечательно это показывают.
  • Пауэр-метал. Быстрый, сложный и популярный жанр металл музыки. Характерной чертой является очень высокий (часто мужской) вокал и средневековая лирика. Также часто встречаются достаточно частые сложные гитарные соло. Из популярных представителей рекомендуем Dragonforce и Strotovarius.
  • Дэт-метал. Очень грубый лирикой и партиями, самый близкий к жанру хэви-метал, однако имеющий настолько жестокую атмосферу, что многие концерты дэт-метал групп отменяют в ряде стран. Obituary, Deicide и Death — родоначальники жанра.
  • Дум-метал. Пожалуй, самый медленный из представленных тяжелых жанров. Настолько медленный и монотонный, что музыкальный рисунок и ритм вообще может ни разу не поменяться за всю песню. Представителями являются многие группы, среди которых Candlemass и Anathema.
  • Блэк-метал. Самый скандальный и идеологический жанр. Песни жанра металл имеют мало общего с религией, если речь идет не о блэк-металле. Монотонность, быстрота и перевернутые кресты на сценах обеспечивают нарастающую популярность с каждым днем. Mayhem или Burzum знает каждый поклонник этого направления.
  • Викинг-метал. Название говорит само за себя, несложно догадаться о чем написана лирика большинства песен этого жанра. Это направление чаще можно распознать именно по живым выступлениям групп, потому как в викинг-метале главным является скандинавское шоу, через которое передается зов предков. Яркие представители — Bathory и Amon Amarth

Установка металлических забора

Монтаж ограждения – это задача, которую нужно будет решить минимум раз в жизни каждому владельцу дачного участка или загородного дома.

Монтаж заборов выполняется по периметру участка. Весь рабочий процесс включает в себя подготовительные и земляные работы, заливку фундамента (при необходимости), монтаж металлических столбов и секций (из профлиста, сетки-рабицы, кованых и пр.), а также ворот и калиток.

Сначала с помощью колышков и веревки делают разметку. Затем подготавливают траншею для фундамента. В обозначенные места вкапывают столбы (начинают с угловых), заливают траншею раствором бетона, в случае необходимости — армируют. Далее прикрепляют горизонтальные лаги, к которым крепится непосредственно материал заполнения. В предварительно предусмотренные проемы монтируют калитку и ворота.

Структура металлов


Кристаллическая структура сплавов

Вакансия в кристаллической решётке

Образование дендритов

Ни один металл невозможно приготовить в абсолютно чистом состоянии. Технически «чистые» металлы могут содержать до нескольких процентов примесей, и если эти примеси являются элементами с низким атомным весом (например, углерод, азот или кислород), то в пересчёте на атомные проценты содержание этих примесей может быть очень большим. Первые небольшие количества примесей в металле обычно входят в кристалл в виде твёрдого раствора. Можно выделить два главных типа твёрдых растворов:

  • первый, когда атомы примеси намного меньше атомов металла-растворителя, растворённые атомы располагаются в решётке растворителя по междоузлиям, или «пустотам». Образование таких твёрдых растворов — твёрдых растворов внедрения — почти всегда сопровождается расширением решётки растворителя, и в окрестности каждого растворённого атома имеется локальное искажение решётки;
  • второй, когда атомы примеси и растворителя имеют приблизительно одинаковые размеры, образуется твёрдый раствор замещения, в котором атомы растворённого элемента замещают атомы растворителя, так что атомы обоих сортов занимают места в узлах общей решётки. В таких случаях тоже вокруг каждого растворённого атома имеется искажённая область, а будет ли при этом решётка расширяться или сжиматься, зависит от относительных размеров атомов растворителя и растворённого вещества.

Для большей части металлов наиболее важными элементами, образующими твёрдые растворы внедрения, являются водород, бор, углерод, азот и кислород. Присутствие дислокаций всегда приводит к появлению аномально больших или малых межатомных расстояний. В присутствии примесей каждая дислокация окружена «атмосферой» примесных атомов. Примесные атмосферы «закрепляют» дислокации, потому что в результате перемещения дислокаций будет образовываться новая конфигурация с повышенной энергией. Границы между кристаллами также являются областями с аномальными межатомными расстояниями и, следовательно, тоже растворяют примесные атомы легче, чем неискажённые области кристаллов.

При увеличении содержания примесей растворённые атомы входят и в основную массу кристалла, однако всё ещё имеется избыток примеси по границам зёрен и вокруг дислокаций. Когда содержание примеси превышает предел растворимости, появляется новая фаза, которая может представлять собой или растворённое вещество, или промежуточную фазу, или соединение. В таких случаях границы между фазами могут быть двух родов. В общем случае кристаллическая структура частичек примеси слишком отлична от структуры металла-растворителя, поэтому решётки двух фаз не могут переходить одна в другую, образуя непрерывную структуру. В таких случаях на границах раздела фаз образуются слои с нерегулярной (искажённой) структурой. С образованием границ связано появление свободной поверхностной энергии, однако энергия деформации решётки растворителя относительно невелика. В таких случаях говорят, что эти частицы выделяются некогерентно.

B ряде случаев межатомные расстояния и кристаллическая структура металла-растворителя и частичек примеси таковы, что некоторые плоскости могут соединяться между собой, образуя непрерывную структуру. Тогда говорят, что частицы второй фазы выделяются когерентно и, поскольку сопряжение решёток никогда не бывает абсолютно точным, вокруг границы образуется сильно напряжённая область. В тех случаях, когда энергия деформации слишком велика для этого, соседние кристаллы могут контактировать таким образом, что при этом в пограничных слоях возникают области упругой деформации, а на самой границе раздела — дислокации. В таких случаях говорят, что частицы выделяются полукогерентно.

При повышении температуры вследствие увеличения амплитуды колебаний атомов может образоваться дефект кристаллической решётки, который называют вакансия или «дырка». Диффузия вакансий является одним из механизмов образования дислокаций.

Как правило, кристаллизация металла происходит путём переохлаждения с образованием дендритной структуры. По мере разрастания дендритные кристаллы соприкасаются, при этом образуются различные дефекты структуры. В большинстве случаев металл затвердевает так, что первая порция кристаллов содержит меньше примесей, чем последующие. Поэтому, как правило, примеси концентрируются на границах зёрен, образуя стабильные структуры.

Употребление слова МЕТАЛЛ

Начнем с существительного. Слово МЕТАЛЛ – с двумя ЛЛ – это существительное второго склонения. И означает оно несколько веществ из химической таблицы Менделеева, объединенных сходными свойствами: блеском, плавкостью, электропроводимостью и так далее.

Происходит слово МЕТАЛЛ, согласно словарю Фасмера, из древнегреческого  μέταλλον (читается «металлон»), что в буквальном смысле означает «рудник, шахта». В свою очередь, это слово заимствовали римляне, и оно превратилось в латинское metallum. Следом в очереди – французы, называвшие его métal, потом – немцы (Меtаll). А уже Петр I принес это слово в Россию, где оно трансформировалось в привычный нам МЕТАЛЛ.

Все производные от этого существительного слова также имеют корень «-металл-» и пишутся с двумя ЛЛ, независимо от того, к какой части речи принадлежат:

Металлург (сущ.), металлический (прил.), металлолом (сущ.)

Пожалуй, единственный случай, когда это слово имеет лексическое  значение химического элемента, но пишется с одной Л – это музыкальный жанр «хеви-метал»: одно из ответвлений «тяжелого» рока. Но и то одна Л обусловлена тем, что «хеви-метал» происходит от английского написания слова: «metal», сохранившимся в русской транслитерации.

Примеры предложений

  • Металлические поверхности сильно нагреваются на солнце.
  • В городе шумно отпраздновали День металлурга.
  • Два раза в год все старшие классы отправлялись на сбор металлолома.
  • — Металл металлу рознь, — заявил дед. – Одни притягивают магниты, другие нет.
  • — Как надоел ваш хеви-метал! – вздохнула тетя Лена.
  • Груда неиспользованного металла росла и грозила заползти в сарай.
  • Металлический блеск ткани создавал ощущение холода и заставлял ежиться.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.