Transcript מתכות
המרכז הפדגוגי לעובדי הוראה ,ירושלים ,אילנה זהר © 1 נתרן אשלגן Na K .1מוליכות חשמל .2מבריקות .3ניתנות לריקוע .4מוליכות חום .5רובן מוצקות בטמפרטורת החדר. .6חלקן מגיבות עם חומצות. 2 המתכות נמצאות באזור השמאלי והתחתון בטבלה המחזורית .החלוקה לפי התכונות. 3 למתכות אנרגיית ינון נמוכה וזיקה אלקטרונית נמוכה. כלומר המתכות אינן נוטות לקבל (למשוך) אלקטרונים ,הן נוטות לוותר בקלות יחסית על אלקטרוני הערכיות שלהן. המתכות תיצורנה יונים חיוביים בלבד. בתגובות כימיות ,המתכות ,תיטנה לוותר על אלקטרונים. 4 מבנה ענק של מתכת -נחושת 5 מבנה המתכת :מבנה ענק -מבנה תלת-ממדי של גלעינים -יונים חיוביים בתוך “ענן” אלקטרונים שלילי. הקשר המתכתי :משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לאלקטרונים השליליים שבענן. - Cu2+ - Cu2+ - 2+ - 2+ Cu - Cu2+ - Cu2+ - CuCu 2+ - Cu2+ - Cu2+ 6 - Cu2+ Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+ - Cu2+- Cu-2+ - Cu2+- Cu2+ Cu2+2+ 2+ 2+ 2+ 2+ 2+ Cu Cu Cu Cu Cu Cu Cu2+Cu2+Cu2+Cu2+ - Cu-2+ - Cu2+- Cu2+- - Cu2+- Cu-2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ Cu2+ - - - - - - שריג של המתכת מגנזיום e e e e e e e e- 2+ e e- 2+ e - 2+ eMg 2+ e2+ eMg Mg Mg e e 2+ 2+ 2+ Mg e ee- e2+ eMg e 2+ eMg Mg e e 2+ 2+ Mg -2+ ee e e Mg Mg Mg e e e 2+ 2+ 2+ Mg e e- Mg e eee2+ eMg e e- e 2+- Mge e2+- e eMg -- e-2+Mg Mg -- e 2+- e 2+eee2+ 2+Mg e-e- Mg e e e Mg Mg Mg -- e - e- 2+ e- e e e e 2+ 2+ 2+ Mg - - 2+ e e e Mg Mg Mg -e 2+ - e e e e 2+ 2+ Mg e e e e Mg Mg Mg -e 2+ - e - 2+ e e 2+ 2+ Mg e e e Mg -- - 2+ e e-e2+- Mg e e2+ e2+ Mg -ee-e- Mg e e e Mg Mg Mg - - 2+ e 2+2+ 2+ Mg e e e Mg Mg Mg - - 2+ e ee-e2+e ee2+ e2+ Mg -ee e-- Mg e e e Mg Mg 2+ ee- e 2+ 2+ 2+ Mg eee-2+ eMg e e-e- 2+ Mg e e-- 2+ ee e--2+ e- Mg Mg -e- 2+e- Mg - 2+e-2+ ee-2+-e e- Mg e e e Mg e-e- Mg e e e 2+ Mg Mg Mg e 2+ 2+e Mg - 2+e e e e e-2+ Mg Mg Mg e e 2+ 2+ 2+ Mg e - Mg e -2+e - Mg e - e2+ - Mg e -2+ 2+eMg e e- Mg e e - Mg e e- e e- eMg e e e- e- e e e e e- e- 7 היונים החיוביים ו'-ים' האלקטרונים האלקטרונים של 'ים' האלקטרונים הם מרמת האנרגיה האחרונה .למשל - זו היערכות האלקטרונים של אטום נתרן נייטרלי8: 11Na 2,8,1 במתכת נתרן -כל אטום נתרן מאבד אלקטרון אחד לים האלקטרונים והופך ליון נתרן שמטענו :1+ Na+ 8הערכות האלקטרונים שלו2,8 : 11Na במתכת נתרן – כל אטום תורם אלקטרון אחד לים האלקטרונים 9 10 זו היערכות האלקטרונים של אטום סידן נייטרלי: 11 זו היערכות האלקטרונים של אטום סידן נייטרלי: 20Ca 2,8,8,2 במתכת סידן -כל אטום נתרן מאבד ___________ לים האלקטרונים והופך ליון סידן שמטענו __: 12 זו היערכות האלקטרונים של אטום סידן נייטרלי: 20Ca 2,8,8,2 במתכת סידן -כל אטום נתרן מאבד שני אלקטרונים לים האלקטרונים והופך ליון סידן שמטענו :2+ Ca2+ הערכות האלקטרונים שלו: 13 סידן זו היערכות האלקטרונים של אטום סידן נייטרלי: 20Ca 2,8,8,2 במתכת סידן -כל אטום נתרן מאבד שני אלקטרונים לים האלקטרונים והופך ליון סידן שמטענו :2+ Ca2+ הערכות האלקטרונים שלו2,8,8 : 14 20Ca במתכת סידן – כל אטום תורם 2 אלקטרונים לים האלקטרונים 15 ציירו את המודל המתכתי של 4 אטומי סידן 16 זו היערכות האלקטרונים של אטום אלומיניום נייטרלי: 17 זו היערכות האלקטרונים של אטום אלומיניום נייטרלי: 13Al 2,8,3 במתכת אלומיניום -כל אטום אלומיניום מאבד ___________ לים האלקטרונים והופך ליון אלומיניום שמטענו __: 18 זו היערכות האלקטרונים של אטום אלומיניום נייטרלי: 13Al 2,8,3 במתכת אלומיניום -כל אטום אלומיניום מאבד שלושה אלקטרונים לים האלקטרונים והופך ליון אלומיניום שמטענו :3+ Al3+ הערכות האלקטרונים שלו: 19 זו היערכות האלקטרונים של אטום אלומיניום נייטרלי: 13Al 2,8,3 במתכת אלומיניום -כל אטום אלומיניום מאבד שלושה אלקטרונים לים האלקטרונים והופך ליון אלומיניום שמטענו :3+ Al3+ 20 הערכות האלקטרונים שלו2,8 : 13Al במתכת אלומיניום – כל אטום תורם 3אלקטרונים לים האלקטרונים 21 ציירו את המודל המתכתי של 4 אטומי אלומיניום 22 מודל הקשר הסבר הקשר הקיים בין החלקיקים מבנה החומר הם הבסיס להסבר של: חוזק הקשר ותכונות החומר הם הבסיס להסבר של: השימושים 23 יכול להיות יותר ממודל אחד המתאר את המבנה והקשר של חומר. יש להתאים את ההסברים למודל אחד ולא לערבב הסברים שמקורם מודל המבנה והקשר המתכתי מבנה המתכת :מבנה ענק -מבנה תלת-ממדי של - יונים חיוביים בתוך “ענן” אלקטרונים שלילי. הקשר המתכתי :משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לאלקטרונים השליליים שבענן. חוזק הקשר :הקשר מתחזק כאשר - א .גדל מטען היון החיובי וכאשר גדל ומספר האלקטרונים בענן גדל. ב .קטן רדיוס היון החיובי (צפיפות המטען גדלה - 24 מטען אפקטיבי גדל) .1למתכות יש מוליכות חשמלית כי: האלקטרונים חופשיים הנעים בין היונים החיוביים מסוגלים להוליך חשמל. 25 • זרם חשמלי -תנועה מכוונת של חלקיקים טעונים (יונים או אלקטרונים) • הולכה חשמלית -היכולת להעביר זרם חשמלי. • לחומרים יש מוליכות חשמלית כאשר הם מכילים : .1חלקיקים טעונים .2חלקיקים אלה -ניידים. במתכות – החלקיקים הטעונים והניידים הם אלקטרונים 26 כיצד מודדים מוליכות חשמלית של מוט מתכת? קוטב חיובי מד זרם סוללה e e e מוט מתכת 27 קוטב שלילי כיוון זרימת האלקטרונים .2למתכות יש ברק כי: קרני האור הפוגעות בענן האלקטרונים החופשיים מוחזרות מהרבה מאד אלקטרונים הנמצאים ברצף של מקומות סביב הגלעינים. כל האטומים בשכבה באותו גודל ומטען. זווית כל הקרניים המוחזרות שווה לזוית כל הקרניים הפוגעות. 28 .3המתכות ניתנות לריקוע כי :שכבות גלעיני המתכת מחליקות זו מעל זו .ההסבר בשקופית הבאה. 29 מדוע מתכות ניתנות לריקוע? בהפעלת כוח השכבות מחליקות ים האלקטרונים הוא נייד ויעטוף את המבנה החדש .החלפת מקום האטומים לא יוצרת כמעט התנגדות. ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++++++++++++++++++++++++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ כוח ++ +++ +++ +++ +++ +++ + ++ ++ ++ ++ ++ ++ 30 ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++++++++++++++++++++++++ ++++++++++++++++++++++++ + +++ +++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ + + + + + + כוח .4מוליכות חום כי :האלקטרונים החופשיים הנעים בין היונים מוליכים את החום במהירות דרך שכבות המתכת. 31 מה מתואר כאן? 32 סגסוגות (נתך )Alloy תערובת של מספר מתכות או תערובתשל מתכת נתונה עם אל מתכת כמו פחמן. רוב מוצרי המתכת אינם מתכות טהורות אלא סגסוגות. 33 מדוע הסגסוגות קשות וחזקות? הגלעינים בגדלים שונים .הם פועלים כמו זיזים אשר אינם מאפשרים החלקת השכבות. עם נוספים מעט אטומי אל-מתכת כמו פחמן, הם מקטינים את ניידות 34ענן האלקטרונים. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + כוח %המתכת (לפי מסה) סוג הסגסוגת עופרת אנטימון נתך להלחמה Wood Pewter Pb Sn Bi °C קשה יותר מעופרת ,אבל שומר על עמידותה בפני שיתוך -לוחות מצברים, משקולות לגלגלי רכב, משאבות ושסתומים בתעשייה הכימית. מתכת 35 השימוש טמפ' היתוך עופרת בדיל ביסמוט קדמיו ם Cd אנטימו ן Sb 1-12 99-88 נוזלי ביותר ,נכנס לחריצים, מתאים להלחמת מכשירים רגישים לחום. 183 38 62 פלסטי ,ניתן לקבוע את צורתו (תיקוני פחחות) ,מתאים למצנני מכוניות בהם הטמפ' גבוהה. -183 255 70 30 נ .היתוך נמוכה מאד -מתקני בטיחות בפני חום 65.5 25 12.5 כלי בית עתיקים -קשה יותר מבדיל -183 210 15 85 50 12.5 ! כולנו סגסוגות :סגסוגות של פלדה http://www.materialsengineer.com/E-Alloying-Steels.htm 36 יוצרים סגסוגות שונות של מתכות כדי - •לשנות את טמפרטורת ההיתוך של המתכת •לחזק את המתכת •לשנות מוליכות חשמלית •לשנות מוליכות חום •לשנות צבע •לשנות עמידות לקורוזיה •ועוד ועוד 37 פעילות כימית של מתכות לא כל המתכות פעילות באותה מידה. קיימות מתכות מאד יציבות דוגמת פלטינה וזהב. קיימות מתכות פעילות מאד ,כמו המתכות של טור -Iמתכות אלקליות .הן מגיבות בעוצמה עם אויר, מים וכן עם חומרים אחרים ולכן נוטים לשמור אותן בתוך נפט במיכל סגור. כל יתר המתכות תמצאנה מבחינת פעילות במגוון בין שתי קבוצות אלה. פעילותן של המתכות תתבטא בנטייה לוותר על 38אלקטרונים בבואם במגע עם אל מתכות. ניסוי :נתרן במים (חתיכת נתרן נזרקה לכוס Chem התמונות הורדו מהאתר של101 - :מים) /http://library.thinkquest.org/33101 3 קישור לאתר 2 .1האם הנתרן מתכת פעילה? כיצד ניתן לראות זאת מהצילומים שלפניך. 39 .2תן דוגמא לשתי מתכות שאתה מכיר הפעילות פחות כלי נגינה תכונות: תכשיטים ,כלי נוי מבריקות. קשות או רכות. מוליכות חשמל. מכונות ומכוניות חוטי חשמל מוטות ,עמודים, צינורות מוליכות חום. ניתנות לריקוע ועיבוד. פעילות לא-פעילות 40 מטבעות כלים מכשירים כלי עבודה באיזה כלי ניתן להתיך את המתכת? 41