Знакомьтесь — металлы!

Примерно 12 тысяч лет тому назад человек нашёл необычный камень, который плавился в огне, но не раскалывался. Этот камень оказался кусочком меди. Тот день был, возможно, самым важным в истории человечества. Так началась металлическая эра, которая продолжается и по сей день. Металлы окружают нас всюду, но знаем ли мы их истинную природу и причины их необыкновенных свойств?


metals

{Graela: Fire Assay/ CC BY-NC-SA 2.0}

##Нужно копать глубже…

В химии есть золотое правило: причина любого свойства вещества кроется в его структуре. Металлы лишь подтверждают это, ведь их структура достаточно необычна. В твёрдых телах атомы металлов заряжены положительно (назовём их ионами) и связаны друг с другом отрицательно заряженными свободно движущимися электронами. Эти электроны не принадлежат ни одному атому – они обобществлены. Для лучшего понимания представьте себе «электронный газ». Такая система из положительных ионов, связанных обобществлёнными электронами, называется металлической связью.

metals

{ARTE: Модель металлической связи. Красным отмечены ионы металла, синим – электроны/ CC0}

Эта анимация отлично иллюстрирует металлическую связь:

Такая структура объясняет многие свойства металлов. Давайте рассмотрим некоторые из них подробнее.

##Металлический блеск

Металлы прекрасны прежде всего из-за их металлического блеска Именно поэтому с давних времён они используются в ювелирном деле. «Электронный газ», о котором мы говорили ранее, является причиной этого блеска. Свободно перемещающиеся электроны практически полностью отражают падающий свет, мы же воспринимаем это отражение как металлический блеск. Теперь, когда вы в следующий раз увидите прекрасное украшение, вы будете знать, почему оно так блестит!

metals

{Serendipity Diamonds: Golden rings/ CC BY-ND 2.0}

Удивительный материал

metals

{Barry: Forging/ CC BY-NC-SA 2.0}

Металлы зачастую пластичны. Только представьте: золотой самородок можно раскатать в лист толщиной 0,003 мм. Это возможно без разрыва металлической связи, потому что в процессе деформации свободные электроны связей сдвигаются вместе с ними. Хотя связи и сдвигаются, их очень трудно разорвать из-за их высоких энергий. Высокая энергия металлической связи также объясняет прочность металлов и их высокие температуры плавления и парообразования.

metals

{Деформируемость металлов}

Пластичность и прочность делают металлы отличным материалом для кузнеца, ведь они ковки. Правда, при низких температурах ковкость может теряться, а металл — стать хрупким.

##Доставка тока на дом

Всем известно, что провода делают из металла, потому что металлы проводят ток. Электрическую проводимость можно объяснить с помощью теории металлической связи. Как мы уже знаем, в структуре металлов есть свободные подвижные электроны. После приложения даже небольшой разницы потенциалов эти электроны начинают перемещаться от отрицательного полюса к положительному, образуя электрический ток.

metals

{arbyreed: Multi-line telephone cables/ CC BY-NC-SA 2.0}

##Металлы = магниты?

Мы знаем, что магниты притягивают металлические предметы. Однако, не каждый металл. Например, натрий не будет притягиваться магнитом. Дело в том, что большинство металлических предметов, которые мы используем в жизни, сделаны из железа, а оно ферромагнитно. Это значит, что ниже определённой температуры — значительно превышающей комнатную — у них появляется магнитный момент в отсутствие внешнего магнита в окружении. Этот магнитный момент является причиной притяжения металлов к постоянным магнитам. Магнитные свойства железа широко используются во многих сферах нашей жизни.

metals

{Sarnil Prasad: Fridge magnets/ CC BY 2.0}

##Они всегда рядом

В периодической системе элементов Менделеева металлы составляют большинство: их 94 из 118 элементов. 3% нашего тела приходится на металлы, но не волнуйтесь: детекторы в аэропорту на них не сработают! Люди используют более 1,5 миллиарда тонн металла ежегодно. Мы пользуемся металлами каждый день. Благодаря их замечательным свойствам, металлы необходимы и абсолютно незаменимы в нашей жизни.


Subscribe to our Twitter!