Метални твърди вещества

Нека малко поговорим за металните твърди вещества. И ето един пример за как може да изглежда едно метално твърдо вещество. Те по принцип са блестящи. Някои биха казали бляскави. Може би това ти прилича на алуминий или сребро. И се оказва, че това е натрий. Нашият стар приятел натрия, който видяхме, че се свързва с хлор, за да образува натриев хлорид и да образува йонни твърди вещества, може да се свърже със себе си с метални връзки. Това тук, може да предположиш, че е сребро или нещо такова. Но се оказва, че това е калций. И знам какво си мислиш. Не е ли калцият тебеширен бял прах? Не, това са съединения, образувани с калций, неща като калциев оксид. Но това тук е чист калций. Причината да се съхранява в този съд е, че реагира бурно с кислорода. В този съд няма кислород. Има някаква вид инертен газ. Но калцият, когато атомите му се свържат помежду си с метални връзки, за които ще говорим след малко, изглежда по този начин. Има този метален блясък. И какво мислиш е това? Това е нещо, което знаем, че е метал, това е злато. Отново, виждаш, че има метален блясък. Каква особеност на металите, или металните твърди вещества, която им позволява да са така блестящи и да притежават другите свойства, които ще разгледаме? За да разбереш това, трябва да разгледаме периодичната таблица на елементите. По-голямата част от елементите в периодичната система всъщност са някакъв вид метал. Тук в червено е първа група, с изключение на водорода – това са алкалните метали. Следват алкалоземните метали, преходни метали, следпреходни метали, металоиди. И само тези елементи, които виждаш в жълто и синьо тук, са неметалите. Как металите образуват твърди вещества, когато е налице чиста проба от тях? Общата идея е – можеш да разгледаш алкалните метали, всички те имат по един валентен електрон. За да получат стабилен външен слой им е много по-лесно да отдадат този валентен електрон и затова често ги виждаме да образуват йонни връзки. Те могат да бъдат йонизирани доста лесно. Но ако имаш чиста проба от тях, те могат да допринесат с по един електрон всеки към едно общо море от електрони. Тези алкалоземни метали имат по два валентни електрона. Те също могат да бъдат йонизирани или, ако имаш чиста проба, както при калция, те могат да допринесат с два валентни електрона към общото море от електрони. Преходните метали имат подобна способност да допринасят с валентни електрони. И, като цяло, можем да разглеждаме металните вещества като състоящи се от катиони – тези положително заредени йони – в море от общи електрони. Имаш всички тези електрони тук. Просто ще начертая всички тези отрицателни заряди. Откъде идват тези електрони? Ако гледаш алкалните метали, всеки от тези атоми може да даде един електрон за това море, понеже всъщност не иска този валентен електрон. Ако говориш за алкалоземни метали, всеки от тях може да отдаде два електрона на това море. При положение, че имаш този положителен заряд в това море от електрони, какви мислиш че са свойствата им? Как мислиш че тази структура влияе на способността за провеждането на електричество или топлина? Може би ще предположиш, ако разгледаш един проводник, че проводниците са изработени от метали, понеже са чудесни в провеждането на електричество или поне по принцип са отлични при провеждането на електричество, понеже имаш всички тези електрони, които могат да се движат наоколо. И ако приложиш напрежение, те ще започнат да се движат и да провеждат електричество. И тези електрони могат също да са добри при провеждане на топлинна енергия или топлина. И вече говорихме, че те имат този блестящ външен вид, но колко лесно ще е да ги огънеш? Йонните твърди вещества, говорихме за това, те могат да са силни, но крехки. Стига да приложиш някаква сила, те могат да се счупят. Но какво мислиш ще се случи тук? Ако кажем, че ето тук бутна много силно и отгоре трябва да бутна силно наляво, мислиш ли, че тази структура ще е крехка или ще е ковка? Лесна за огъване. Ако имаш чисто метално твърдо вещество, то всъщност е доста ковко. Ако просто вземеш тази горна част и я бутнеш наляво, ето така, това не е проблем. Пак имаш тези катиони, които още са в това море от електрони. И това по принцип е вярно за металните твърди вещества. Те са доста ковки. Те не са крехки. Всъщност толкова много, че често пъти искаме да са малко по-твръди. Искаме да са малко по-здрави. И затова може да добавим други елементи в металните твърди вещества. Например чистото желязо е сравнително ковко. Но ако искаш да го направиш по-здраво, можеш да добавиш въглеродни атоми в него. Например, можеш да поставиш въглероден атом тук или въглероден атом тук. И така един вид нарушаваме това море от електрони. Така че получената въглеродна стомана не е толкова ковка. Тя ще е по-здрава и по-твърда. Ще приключим тук. Това беше допълнение към това, което научихме за металите и металните връзки, за да видим защо повечето от периодичната таблица на елементите, които познаваме, притежават някои от тези свойства, когато имаш чисти твърди вещества от тях.