Кристаллическое строение металлов
Общие сведения о кристаллическом строении металлов
Металлы можно охарактеризовать при помощи нескольких свойств, которые будут общими для всех элементов. К таким характеристикам следует отнести высокую электрическую проводимость и теплопроводность, пластичность, благодаря которой металлы можно подвергать ковке, прокатке, штамповке или вытягиванию в проволоку, металлический блеск и непрозрачность.
В зависимости от температуры кипения все металлы подразделяют на тугоплавкие (Tкип> 1000oС) и легкоплавкие (Tкип< 1000oС). Примером тугоплавких металлов может быть – Au, Cu, Ni, W, легкоплавких – Hg, K, Al, Zn.
Кристаллическое строение металлов
Кристаллическое строение металлов на практике изучают различными физико-химическими методами, которые условно можно поделить на две группы:
- методы изучения внутреннего строения металлов;
- методы изучения внешних форм металлов.
В первом случае для достижения поставленной цели чаще всего используют рентгеноструктурный анализ, с помощью которого можно установить тип и параметры кристаллических решеток металлов.
Кристаллические решетки бывают нескольких типов. Для большинства металлов характерны следующие типы кристаллических решеток:
- объемноцентрированная кубическая (Li, Na, K, V, Cr, Fe, Pb, W и т.д.);
- гранецентрированная кубическая (Al, Ca, Ni, Cu, Ag, Au и др.);
- гексагональная (Be, Mg, Cd, Ti, Co, Zn).
Элементарные ячейки решеток этих типов представлены на рис. 1.
Рис. 1. Виды кристаллических решеток металлов: а) объемноцентрированная кубическая; б) гранецентрированная кубическая; в) гексагональная.
Размеры, форму и взаимное расположение кристаллов в металлах изучают металлографическими методами, из которых наиболее полную оценку дает микроскопический анализ шлифа металла.
Кристаллы металлов чаще всего имеют небольшие размеры, следствием чего является тот факт, что металлы состоят из большого числа кристаллов (поликристаллическая структура). Когда металл кристаллизуется из расплава, то нередко возникает такая ситуация, когда кристаллы мешают друг другу принять кристаллическую форму, и чтобы отличить их от ограненных кристаллов их принято называть зернами.
Примеры решения задач
Задание | Образец лития массой 0,5 г растворили в воде. На нейтрализацию полученного раствора израсходовали 29,2 г 1,5%-ной соляной кислоты. Какова массовая доля (%) лития в исходном образце? |
Решение | Запишем уравнения реакций:
2Li + 2H2O = 2LiOH + H2↑ (1); LiOH + HCl = LiCl + H2O (2). Определяем массу и количество вещества соляной кислоты (молярная масса – 36,5 г/моль): ω =msolute / msolution× 100%; msolute = ω / 100% ×msolution; msolute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×msolution; msolute (HCl) = 1.5 / 100% × 29,2 = 0,438 г; n = m / M; n (HCl) = m (HCl) / M (HCl); n (HCl) = 0,438 / 36,5 = 0,012 моль. Определяем количество вещества LiOH, прореагировавшего сHCl. Согласно уравнению (2): n (LiOH) :n (HCl) = 1:1, значит, n (LiOH) =n (HCl) = 0,012 моль. Определяем количество вещества, массу и массовую долю лития в исходном образце (массовая доля равна 7 г/моль). Согласно уравнению (1): n (Li) : n (LiOH) = 1:1; n (Li) = n (LiOH) = 0,012 моль. m = n × M; m(Li) = n (Li) × M (Li); m (Li) = 0,012 × 7 = 0,084 г; ω(Li) =msolute(Li) / msolution(new) × 100%; ω (Li) = 0,084 / 0,5 × 100% = 16,8%. |
Ответ | Массовая доля лития равна 16,8%. |
Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
MgCO3 → MgCl2 → Mg → MgSO4. Уравнения реакций, которые протекают в растворах изобразите в молекулярной и сокращенной ионной формах. |
|
Ответ |
Для того, чтобы получить хлорид магния из карбоната, нужно растворить эту соль в хлороводородной кислоте: MgCO3+ 2HCl → MgCl2 + H2O + CO2↑; CO32- + 2H+ → H2O + CO2↑. Получение магния из хлорида этого металла возможно путем электролиза расплава данной соли: MgCl2 → Mg + Cl2↑. Сульфат магния образуется при растворении магния в серной кислоте: Mg+ H2SO4→ MgSO4 + H2O. |