Есть ли молекулы в металле
Конечно, не все вещества состоят из молекул. Почти все неорганические вещества, из которых состоит земная кора, не имеют молекулярного строения. К таким веществам относятся почти все минералы. Молекулярные минералы известны, но их число мало и они встречаются редко. А вот , например, кварц и множество его разновидностей имеют немолекулярное строение. Формула кварца SiO2 говорит только о том, в каком соотношении атомы кремния и кислорода входят в состав кварца. Но рисовать мифические "структурные формулы" на основании состава вещества (типа O=Si=O - по аналогии с молекулой углекислого газа О=С=О) нельзя. Металлы тоже, как правило, не состоят из молекул. Из неорганических веществ из молекул состоят в основном газы (водород, азот, кислород, диоксид углерода, диоксид серы, фтор, хлор, пары брома и йода и др.), вода и некоторые другие соединения. А вот органические соединения, как правило, состоят из молекул. За небольшими исключениями (резина, например).
В этом нет никаких сомнений, как же, как и в том, что все молекулы состоят из атомов, а они- атомы. и так- бесконечно. Просто- вещества не одинаковы по своим характеристикам, в силу чего разница и их строение, у одних молекулы большущие, как у полимеров, у других- привычные- без гигантизма, как у элементов таблицы Менделеева, хотя и там наблюдается "творческое разнообразие"( водород и трансурановые элементы).
Все, кроме одноатомных (например, одноатомный водород)
Не из молекул состоят:
- Вещества полимерного немолекулярного строения (кварц, алмаз и др.) у которых любой кусок материала можно считать одной молекулой.
- Вещества атомного строения (инертные газы, металлы, атомы веществ в глубоком вакууме и др.).
- Ионные вещества (поваренная соль, сульфат натрия и др.), которые состоят из ионов.
- Вещества в экзотических условиях (плазма, конденсат Бозе-Эйнштейна, материя нейтронных звезд, черных дыр и др.).
Дело даже не в том, что многие кристаллы не вписываются в школьное понятие "молекула" как изолированная, самостоятельная группа атомов, связанных друг с другом химической связью. Это не только упомянутый тут кварц, это вообще любой ионный кристалл. Поваренная соль хотя бы. Атомы натрия и хлора образуют две вставленные друг в друга объёмные кубические решётки, в таком веществе нет отдельных молекул.
Но это не единственный пример. Если следовать формальному определению вещества из Большой Российской энциклопедии как "вида материи, состоящего из элементарных частиц, масса покоя которых не равна нулю" (Вкипедия даёт ещё более строгое определение вещества - составляющие его частицы должны быть фермионами), то к веществу можно отнести вообще что попало, что не является полем. С этой точки зрения полностью ионизированная плазма - как та, что находится в центральных областях звёзд, к примеру, и состоящая исключительно из голых ядер и не связанных с ними электронов, - тоже вещество. И вполне очевидно, что молекул там нет и быть не может, потому что молекулы создаются именно электронами, привязанными к ядрам.
Любое ли вещество состоит из молекул?
Тема №1. Строение и свойства металлов.
Основными элементарными частицами, из которых строятся все вещества, являются протоны, нейтроны и электроны. Протоны имеют положительный заряд, электроны – отрицательный, нейтроны являются нейтральными частицами, не имеющими заряда. Согласно упрощенной модели Нильса Бора атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются электроны, компенсируя положительный заряд ядра. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Электроны располагаются вокруг ядра несколькими слоями – оболочками.
Газы, жидкие и твердые тела состоят из атомов, молекул или ионов. Молекулами называют электрически нейтральные частицы, образованные из двух или более связанных ковалентными связями атомов (часто к молекулам причисляют также и свободные атомы). Ион – это электрически заряженная частица (атом или молекула), получаемая в процессе ионизации.
В зависимости от строения внешних электронных оболочек атомов в молекулах могут образовываться различные виды связей.
Ковалентная связь возникает при обобществлении электронов двумя соседними атомами. Иными словами происходит образование общей пары электронов, которые ранее принадлежали отдельным атомам. При образовании общей одной пары электронов от каждого объединяемого атома вносится по одному валентному электрону. Например:
Молекулы, в которых центры положительных и отрицательных зарядов совпадают, являются неполярными. Если же в отдельных молекулах центры противоположных по знаку зарядов не совпадают и находятся на некотором расстоянии друг от друга, то такие молекулы называются полярными или дипольными.
Ионная связь определяется силами притяжения между положительными и отрицательными ионами.
Металлическая связь. Металлы можно рассматривать как системы, построенные из расположенных в узлах решетки положительно заряженных ионов, находящихся в среде свободных электронов
Молекулярная связь (связь Вандер-Вальса). Такая связь существует в некоторых веществах между молекулами с ковалентными внутримолекулярными связями. Межмолекулярное притяжение в этом случае обусловливается согла сованным движением валентных электронов в соседних молекулах. В любой момент времени электроны максимально удалены друг от друга и максимально приближены к положительным зарядам. При этом силы притяжения валентных электронов положительно заряженными остовами соседних молекул оказывается сильнее сил взаимного отталкивания электронов внешних орбит.
Раздела 1. Конструкционные материалы.
Тема №1. Строение и свойства металлов.
Металлы обычно имеют кристаллическое строение. В узлах кристаллической решетки металлов расположены положительно заряженные ионы, а часть валентных электронов, отщепившихся от атомов, становятся свободными. Свободные электроны обобществляются, образуя электронный газ, который взаимодействует с положительными ионами металла и связывает их в прочную систему.
Наиболее распространенными являются три типа кристаллической решетки: кубическая объемноцентрированная (о.ц.к.), кубическая гранецентрированная (г.ц.к.) и гексагональная плотноупакованная (г.п.у.)
Чистые металлы обладают низкой прочностью, поэтому в технике используют редко. Наиболее широко применяют в технике в качестве конструкционных материалов металлические сплавы.
Под сплавом понимают вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Большинство сплавов, кроме сплавов с неорганической растворимостью компонентов в твердом состоянии, можно представить как систему, состоящую из нескольких фаз, находящихся в равновесии при определенных внешних условиях (температуре, давлении). Фазой называют однородную по химическому составу и строению часть системы, отделенную от другой части системы поверхностью раздела, при переходе через которую изменяются состав, строение и свойства сплава.
Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов. В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы:
1. Механические смеси (гетерогенная структура) – образуются, когда компоненты не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. Образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше чем между разнородными. Каждая фаза имеет кристаллическую решетку, соответствующую данному компоненту.
2. Химические соединения образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.
3. Твердые растворы – это сплавы, в которых кристаллическая решетка построена из атомов двух или большего числа компонентов, при этом один из них является растворителем, а другой – растворимым. Твердый раствор имеет сильно деформированную кристаллическую решетку, тип которой соответствует типу решетки одному из образующих компонентов.
Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура) называется аллотропией или полиморфизмом. Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Полиморфные модификации обозначают строчными греческими буквами α, β, γ, δ.
Железо с углеродом образует сплавы: твердые растворы внедрения и химические соединения, которые, в свою очередь, образуют сплавы гетерогенной структуры. В зависимости от содержания углерода С в Fe получают стали (содержание С до 2,14%) или чугуны (С от 2,14% и более).
В углеродистых сталях эти компоненты взаимодействуют, образуя, в зависимости от их количественного соотношения и температуры, разные фазы, представляющие собой однородные части сплава. Это взаимодействие заключается том, что углерод может растворяться как в жидком (расплавленном) железе, так и в различных его модификациях в твердом состоянии.
Кроме того, он может образовывать с железом химическое соединение. Таким образом, в углеродистых сталях различают следующие фазы:
Феррит – твердый раствор углерода и других примесей в α-железе (кристаллическая решетка – о.ц.к.). Предельная растворимость углерода – 0,02% в низкотемпературном феррите и 0,1% в высокотемпературном. Имеет невысокую прочность и твердость (НВ=800 МПа; σ = 250 МПа) и высокую пластичность.
Аустенит – твердый раствор углерода и других примесей в γ-железе (кристаллическая решетка – г.ц.к.). Предельная растворимость углерода – 2,14%. Механические свойства: НВ=1600-2000 МПа; σ = 500-800 МПа; δ = 40-50%.
Цементит – химическое соединение железа с углеродом – карбид железа Fe3C2, содержащий 6,67% углерода. Имеет очень высокую твердость (НВ=8000 Мпа) и очень малую пластичность.
Перлит – эвтектоидная механическая смесь двух фаз: феррита и цементита, которая образуется из аустенита с содержанием С 0,8 % при постоянной температуре t = 727 о С.
Как следует из приведенных выше характеристик, главной составляющей стали, определяющей ее свойства, является углерод. С увеличением содержания углерода возрастают прочность и твердость стали, снижаются показатели пластичности (относительное удлинение и относительное сужение), а также ударная вязкость. При 0,8 % углерода прочность стали достигает максимального значения, после чего она начинает снижаться.
ACD – линия ликвидуса. Показывает температуру начала затвердевания сталей и чугунов.
AECF – линия солидуса. Показывает температуру конца затвердевания сплавов.
При охлаждении твердых сплавов в них происходят фазовые и структурные изменения, связанные с аллотропическими превращениями Fe и изменением растворимости в нем углерода. Эти изменения (фазовые превращения) в сплавах Fe-С характеризуют линии GSE, PSK, GPQ.
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Двухатомные молекулы щелочных металлов в небольших количествах ( - 1 %) обнаружены в парах металлов; их энергии диссоциации ( Li2 105, Na2 72, K249, Rb245, Cs2 44 кДж / моль) уменьшаются сверху вниз в группе I, указывая на то, что связь становится слабее по мере увеличения размера атомов. [2]
При каких условиях существуют двухатомные молекулы щелочных металлов . [3]
Рассмотрены различные термодинамические методы определения энергии диссоциации двухатомных молекул щелочных металлов . Предложен новый весьма простой термодинамический метод, позволяющий определить одновременно значения D0 и АЯю, согласованные между собой и с данными по давлению насыщения. [4]
Данные по энергиям диссоциации [35, 36] показывают, что двухатомные молекулы щелочных металлов , меди, серебра, золота относительно стабильны в парообразной фазе, что указывает на возможность образования ассоциатов кислородных вакансий в соответствующих окислах. Более того, учитывая, что энергия образования двухатомной молекулы меди составляет 1 76 - 10 - 19 Дж на атом, а энергия, выделяющаяся при конденсации парообразной меди, равна 5 6 - Ю-19 Дж, можно ожидать возникновения ассоциатов более крупных, чем бивакансии. Действительно, из термодинамических данных [37] следует, что доминирующими дефектами нестехиометрического оксида меди являются ассоциаты ( Уо) 4 - Двухатомные молекулы Mg, Ca, Sr, Ba малоустойчивы и, следовательно, в соответствующих оксидах трудно ожидать образования устойчивых ассоциатов нейтральных кислородных вакансий. [5]
Атомы водорода вылетают из источника в камеру, где сталкиваются и вступают в хим. реакцию с двухатомными молекулами щелочного металла , напр. В нек-рых экспериментах исследуется возбуждение колебат. [6]
Имеются некоторые исключения из этого положения. Однако энергии диссоциации двухатомных молекул щелочных металлов , подобных Na2, очень низки, тогда как энергия диссоциации Н2 очень высока, и при этих условиях возможно, что среднеарифметическое уже не является хорошим приближением для рассматриваемой энергии неполярной связи. [7]
Длина связи определяется расстоянием между центрами атомов, которые образуют данную связь. Сближение атомов ограничено возрастанием межэлектронного и межъядерного отталк вания. Длины связей находятся в зависимости от размера атомов, образующих молекулу. Например, межъядерные расстояния в ряду двухатомных молекул щелочных металлов Li2, Na2, К2, Rb2 и Csz увеличиваются, энергии диссоциации уменьшаются. [8]
С другой стороны, как у водорода, так и у галогенов не хватает одного электрона до электронной структуры последующего благородного газа. Действительно, водород, подобно галогенам, проявляет степень окисления - 1 и окислительные свойства. Сходен водород с галогенами и по агрегатному состоянию, и по составу молекул Э2 - Но МО водорода не имеют ничего общего с таковыми молекул галогенов. В то же время МО Щ имеют определенное сходство с МО двухатомных молекул щелочных металлов , существующих в парообразном состоянии. [9]
С другой стороны, как у водорода, так и у галогенов не хватает одного электрона до электронной структуры последующего благородного газа. Действительно, водород, подобно галогенам, проявляет степень окисления - 1 и окислительные свойства. Но МО водорода не имеют ничего общего с таковыми молекул галогенов. В то же время МО Н2 имеют определенное сходство с МО двухатомных молекул щелочных металлов , существующих в парообразном состоянии. [10]
С другой стороны, как у водорода, так и у галогенов не хватает одного электрона до электронной структуры последующего благородного газа. Действительно; водород, подобно галогенам, проявляет степень окисления - 1 и окислительные свойства. Но МО водорода не имеют ничего общего с таковыми молекул галогенов. В то же время МО Щ имеют определенное сходство с МО двухатомных молекул щелочных металлов , существующих в парообразном состоянии. [11]
Следует отметить также тот факт, что взаимодействие атомов и молекул металлов даже в основном состоянии лишь приближенно может быть описано потенциалом Леннард-Джонса, поскольку они обладают большой поляризуемостью [103] и, строго говоря, не являются ван-дер-ваальсовыми. [19]
Металлизация - нанесение тончайшего слоя металла, основанное на способности молекул металла при испарении в вакууме перемещаться прямолинейно и осаждаться на холодных поверхностях, находящихся на их пути. Расстояние между испарителем и поверхностью, на которую наносится металлическое покрытие, должно быть меньше длины свободного пробега молекул. Последняя зависит от величины вакуума в камере: при остаточном давлении 10 - мм рт. ст. длина свободного пробега молекул металла 450 мм, а при 10 - 2 мм рт. ст. - всего 0 45 мм. [20]
По современным представлениям, энергия связи молекул противозадирной присадки с молекулами металла должна быть достаточно в елика, чтобы обеспечить прочность граничной пленки; прочность граничной пленки при сдвиге должна быть меньше прочности нижележащих слоев металла. Только при этом трущиеся пары защищены от разрушения. Если эти условия не соблюдаются, то может возникнуть пластическая деформация - наволакивание металла и некоторое изменение формы деталей без уменьшения их массы, а в особо тяжелых случаях - задир и разрушение поверхностей трения. [21]
Такая сварка ( рис. 98, б) осуществляется за счет сближения молекул металла в твердом состоянии при глубокой пластической деформации его в месте сварки. [22]
Чем ниже давление светящегося разряда, тем меньше столкновений между газом и молекулами металла и тем меньший процент металла возвращается к поверхности катода. Поэтому, если позволить распыляющемуся металлу диффундировать через светящийся разряд, то осаждение будет обратно пропорционально давлению и расстоянию от покрываемой поверхности. С понижением давления длина темного пространства катода увеличивается; так как покрываемую поверхность, во избежание перегрева пленки, необходимо помещать за границей темного пространства, то скорость осаждения уменьшается. [23]
Главным в действии вышеупомянутых противокоррозионных присадок является образование в поверхностном слое металла химических соединений, образованных из молекул металла ( свинца), серы и фосфора. Другими словами, сульфиды, фосфиты, фосфаты металлов, образующие защитную хемосорбционную фазу, не вступают в реакцию с органическими кислотами, алкенилсукциними-дами и другими ПАВ. Во многих случаях, особенно в случае фосфорных соединений, эти пленки определяют защитную эффективность. [24]
При осаждении без применения электрического тока одновременное восстановление и окисление осаждаемого металла используется для образования свободных атомов и молекул металлов . Поскольку для этого метода не требуется электрическая проводимость во время осаждения, он может использоваться с подложками изолирующего типа. Никель, медь и золото - это металлы, которые наиболее часто осаждаются таким способом. [25]
При электроконтактной сварке наплавленного металла нет, сварной шов образуется с применением необходимого давления, способствующего взаимной диффузии молекул металла свариваемых деталей . [26]
Для металлов - элементарных веществ характерны определенные физические свойства - электропроводность, большая теплопроводность, блеск, пластичность и др. Молекулы металлов в парообразном состоянии преимущественно одноатомны. [27]
Кроме того, появление новой электрической цепи, одним из концов которой является кулонометрическая ячейка, приводит к электрохимическому проникновению молекул металла в слой сор-бента, а следовательно, к сокращению межэлектродного пространства. [28]
После этого вступления Пириа доказывает, что молекулы хлора и других галогенов, водорода, азота двухатомны, и, так же как Авогадро, высказывает ясное предположение, что молекулы металлов также двухатомны. [29]
Канниццаро показал, как защищаемая Жераром идея о том, что все молекулы простых тел делятся при реакции соединения, привела этого французского химика к ошибочному предположению, что даже молекулы металлов , подобно водороду, состоят из двух атомов и что соединения металлов принадлежат к тому же типу, что и соединения водорода. [30]
Читайте также: