מתכות וסגסוגות

מבנה ותכונות

רקע

רוב היסודות, כשלושה רבעים מכל היסודות הטבעיים, הם מתכות.

המתכות מרוכזות בעיקר בצידה השמאלי של הטבלה המחזורית.


ירוק – מתכות

תכלת – מתכות למחצה

צהוב – אל מתכות

Big image

תכונות המתכת

למתכות תכונות משותפות:

לאטומי המתכת אנרגיות יינון נמוכות, כלומר – ניתן להוציא מהן אלקטרונים בהשקעת כמות אנרגיה נמוכה יחסית. ניתן לומר כי אטומי מתכות נוטים לכן למסור אלקטרונים וליצור יונים חיוביים.


בנוסף:


  • המתכות מוצקות בטמפרטורת החדר - 25°C (מלבד כספית, Hg).
  • המתכות מוליכות היטב חשמל במצב צבירה מוצק ובמצב צבירה נוזלי.
  • המתכות מוליכות היטב חום במצב צבירה מוצק ובמצב צבירה נוזלי.
  • המתכות במצב מוצק ניתנות לריקוע ולעיבוד.

תכונות אלה ניתנות להסבר לפי המבנה המיקרוסקופי של הסריג המתכתי:

Chemistry: What is a metal? (Metallic Bonds)

הסריג המתכתי - מבנה

הסריג המתכתי בנוי מיונים חיוביים (מסומלים על ידי כדורים אדומים) ב"ים אלקטרונים" (הרקע האפור עם סימני - ).

ליסודות המתכתיים יש מספר קטן יחסית של אלקטרונים ערכיים. לכן כאמור הם נוטים למסור אלקטרונים ולהפוך ליונים חיוביים.

בסריג המתכתי לכל האטומים נטייה זו, ולכן הם מעבירים את האלקטרונים למאגר משותף שנקרא "ים האלקטרונים". האלקטרונים אינם מאותרים, וכך החומר משיג יציבות מבחינה אנרגטית.

קשר מתכתי – משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לבין "ים האלקטרונים" השלילי

הסבר התכונות ברמה החלקיקית (לפי המבנה החלקיקי של המתכת)

  • מצב הצבירה: המתכות הן מוצקים גבישיים. קיימת משיכה חשמלית חזקה בין היונים החיוביים לבין "ים האלקטרונים". לכן יש צורך בטמפ' גבוהות יחסית (עבור רוב המתכות) על מנת להתיך את החומר. יש להדגיש כי המתכות שונות במידת הקשיות שלהן. חלקן קשות מאד וחלקן רכות.
  • הולכת חשמל: האלקטרונים ב"ים האלקטרונים" חופשיים לנוע ולהוליך חשמל.
  • הולכת חום: האלקטרונים ב"ים האלקטרונים" חופשיים לנוע ולהעביר מנות אנרגיה.
  • יכולת ריקוע ועיבוד: ניתן להפעיל כוח חיצוני על המתכת ולהחליק שכבת יונים האחת על גבי השנייה. האלקטרונים הלא-מאותרים ב"ים האלקטרונים" שומרים על רצף החומר. כוחות המשיכה החשמלית בין היונים החיוביים לבין האלקטרונים ב"ים האלקטרונים" אינם משתנים ומבנה החומר נשמר.

השימוש במתכות

למתכות שימושים רבים ומגוונים בתחומים שונים :

מבנים, מכשירים, חוטי חשמל, סוללות, כלי רכב, מטוסים, תכשיטים ועוד.

מרבית המתכות המשמשות אותנו בחיי היום-יום אינן מתכות טהורות אלא סגסוגות.

סגסוגות (מסגים)

סגסוגות הן תערובות של מספר מתכות או תערובת של מתכת נתונה עם אל-מתכת כדוגמת הפחמן.

לסגסוגת תכונות שונות מהמתכות מהן היא עשויה, לרוב תכונות אלה משופרות. ניתן לשנות את ההרכב של התערובת. על ידי הוספת אחד המרכיבים ניתן לחזק את התכונות הרצויות לשימוש המבוקש. לדוגמה: ארד, פלדה, פליז וזהב.

Big image

העגולים האפורים מייצגים מתכת אחת והצהובים מייצגים מתכת שנייה. במבנה החלקיקי שלהן, אטומי מתכת אחת משתלבים באטומי המתכת השנייה ומקשים על החלקת השכבות.

Big image