Γιατί τα μεταλλικά στερεά είναι μαλακά έως σκληρά;
1. Μεταλλική σύνδεση:
* Ισχυροί μεταλλικοί δεσμοί: Τα μέταλλα συγκρατούνται από μια "θάλασσα" των απομακρυσμένων ηλεκτρονίων. Αυτά τα ηλεκτρόνια μπορούν να κινούνται ελεύθερα σε όλη τη δομή, δημιουργώντας ισχυρά ηλεκτροστατικά αξιοθέατα μεταξύ των θετικών μεταλλικών ιόντων. Αυτή η ισχυρή συγκόλληση οδηγεί σε υψηλά σημεία τήξης και γενικά σκληρά στερεά.
* αδύναμοι μεταλλικοί δεσμοί: Σε μερικά μέταλλα, η μεταλλική συγκόλληση είναι ασθενέστερη. Αυτό μπορεί να συμβεί πότε:
* Τα μεταλλικά ιόντα είναι μεγάλα και το σύννεφο ηλεκτρονίων είναι διάχυτο.
* Ο αριθμός των ηλεκτρόνων σθένους που διατίθενται για συγκόλληση είναι χαμηλός.
* Τα μέταλλα είναι χαλαρά συσκευασμένα.
2. Κρυσταλλική δομή:
* Δομές με κοντινή συσκευασία (FCC, BCC, HCP): Αυτές οι δομές, όπου τα άτομα είναι σφιχτά συσκευασμένα, τείνουν να είναι πιο δύσκολες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι είναι πιο ανθεκτικοί στην παραμόρφωση.
* Λιγότερες συμπαγείς δομές: Τα μέταλλα με λιγότερο συμπαγείς δομές έχουν περισσότερο χώρο μεταξύ των ατόμων, καθιστώντας τα πιο μαλακά.
3. Κράματα:
* στερεές λύσεις: Όταν δύο μέταλλα σχηματίζουν ένα στερεό διάλυμα, το προκύπτον κράμα μπορεί να είναι πιο δύσκολο από ένα από τα καθαρά μέταλλα. Αυτό οφείλεται στην παραμόρφωση του κρυσταλλικού πλέγματος που προκαλείται από τα διαφορετικά άτομα.
* Διαμεταλλικές ενώσεις: Αυτές είναι ενώσεις που σχηματίζονται μεταξύ δύο ή περισσοτέρων μετάλλων με συγκεκριμένες στοιχειομετρίες. Έχουν συχνά μοναδικές ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της σκληρότητας, που διαφέρουν από τα συστατικά μέταλλα τους.
4. Άλλοι παράγοντες:
* Θερμοκρασία: Τα μέταλλα γίνονται μαλακότερα σε υψηλότερες θερμοκρασίες καθώς οι δονήσεις των ατόμων αυξάνονται.
* ακαθαρσίες: Οι ακαθαρσίες μπορούν μερικές φορές να κάνουν ένα μεταλλικό μαλακότερο, διαταράσσοντας την τακτική διάταξη των ατόμων.
Παραδείγματα:
* σκληρά μέταλλα: Σίδηρος, βολφραμίου, χρώμιο, τιτάνιο. Αυτά έχουν ισχυρούς μεταλλικούς δεσμούς και συμπαγείς κρυσταλλικές δομές.
* μαλακά μέταλλα: Νάτριο, κάλιο, μόλυβδο. Αυτά έχουν ασθενέστερους μεταλλικούς δεσμούς και λιγότερο συμπαγείς δομές.
* κράματα: Ο χάλυβας (σίδηρος με άνθρακα) είναι πολύ πιο δύσκολο από το καθαρό σίδερο. Ο ορείχαλκος (χαλκός και ψευδάργυρος) είναι πιο δύσκολος από τον χαλκό ή τον ψευδάργυρο.
Συνοπτικά, η σκληρότητα ενός μεταλλικού στερεού είναι μια πολύπλοκη ιδιότητα που εξαρτάται από τη δύναμη των μεταλλικών δεσμών, της κρυσταλλικής δομής του, της παρουσίας κραμάτων και άλλων παραγόντων.
