Tudjuk, hogy a fématomok kevés számú vegyértékelektronja viszonylag kis enegiával kötődik az atommaghoz. A fématomokat tehát kis ionizációs energia jellemzi, ami a nemfémekhez viszonyított kisebb elektron vonzóképesség következménye. A fémkristályok képződésekor az egyes fématomok vegyértékelektronjai (vagy azok egy része) a többi atom
magjának vonzó hatása következtében közössé válnak, delokalizálódnak; kialakul a fémes kötés. A fémes kötéssel összekapcsolt fématomok alkotják a szilárd fémrácsot.

b, Milyen fémrács típusokat ismerünk?

• lapon középpontos kockarács; melyben a koordinációs szám: 12
• térben középpontos kockarács; melyben a koordinációs szám:8
• hatszöges v. hexagonális kockarács; melyben a koordinációs szám:12

c, Mi a koordinációs szám?

A koordinációs szám arról ad felvilágosítást, hogy a kristályrácsban egy atomnak hány közvetlen (legközelebbi) szomszédja van. A koordinációs számból a rács tömöttségére, térkitöltésére következtethetünk. Általában a fémes rácsban az atomok legszorosabb illeszkedése, legnagyobb térkitöltése valósul meg.

Mi határozza meg a fémek fizikai sajátosságait? Indokold!

A fémek fizikai sajátosságait a fématomok és a fémrács szerkezete határozza meg.

Hogyan változik az elektromos vezetőképesség hőmérsékletemelkedés hatására? Miért nevezzük a fémeket elsőrendű-vezetőknek?

Azért nevezzük elsőrendű vezetőknek a fémeket, mert bennük a elmozdulás töltéssel rendelkező részecske az elektron. A fémek elektromos vezető képessége hőmérséklet-emelkedés hatására csökken. A fématomok, illetve a delokalizált elektronok ugyanis a magasabb hőmérsékletre jellemző erőteljesebb, gyorsabb mozgásuk következtében gyakrabban ütköznek, ami akadályozza az elektronok rendezett mozgását, s így az áramvezetést.

Mitől függ a fémek sűrűsége? Ez alapján, hogy csoportosíthatók?

A fémeket sűrűségük szerint is megkülönböztetjük:

• könnyűfémek: az 5g/köbcentinél kisebb sűrűségű fémek;
• nehézfémek: az 5g/köbcentinél nagyobb sűrűségű fémek.

A legnagyobb sűrűségű fém az ozmium: 22,6 g/köbcenti, a legkisebb a lítium:0,53 g/köbcenti. A fémek sűrűségét atomjaik tömege, mérete, és a rácstípus határozza meg.

Mivel magyarázható a fémek megmunkálhatósága, alakíthatósága?

A fémek többsége az elektromosságot és a hőt jól vezeti. Tapasztalat szerint a fémek elektromos- és hővezető képessége párhuzamosan változik, a jó elektromos vezető fém egyben jó hővezető is.

Milyen anyagok az ötvözetek? Soroljunk fel néhány ismert ötvözetet, adjuk meg összetételüket!

A fémek nagy része olvadt állapotban egymásban oldódik; az olvadék lehűlve, a fémes jelleget megtartva kristályosodik, szilárdul meg, így jönnek létre az ötvözetek. Az ötvözetek sok esetben jobbak, mint a tiszta fémek. Pl. a krómmal ötvözött vas ellenáll a rozsdásodásnak, ha nikkelt is tartalmaz, akkor saválló. Az ötvözetek a nagyobb mennyiségű alapfémből és a kisebb mennyiségű ötvözőanyagból állnak. A legismertebb ötvözetek az acél, a sárgaréz (Zu+Zn) és a bronz (Cu+Sn).

A molekulában kialakuló kötő és nemkötő elektronpárok taszítják egymást, igyekeznek úgy elrendeződni, hogy egymástól a lehető legmesszebb kerüljenek. A molekulában a legnagyobb vegyértékű atomot, amelyhez a többi atom kapcsolódik, központi atomnak nevezzük.

• Ha két kötő elektronpár kapcsolódik a központi atomhoz, azok egymással 180°-os szöget zárnak be, a molekula alakja lineáris lesz.
• Ha három kötő elektronpár kapcsolódik a központi atomhoz, azok egymással 120°-os szöget zárnak be, a molekula alakja síkháromszög lesz.
• Ha négy kötő elektronpár kapcsolódik a központi atomhoz, azok egymással 109,5°-os szöget zárnak be, a molekula alakja tetraéderes lesz.

Ha a molekulában a központi atomhoz nemkötő elektronpár is tartozik, azok hatása a kötésszöget módosítja.

• Ha három kötő és egy nemkötő elektronpár kapcsolódik a központi atomhoz, azok egymással 109,5°-nál valamivel kisebb szöget zárnak be, a molekula alakja háromszög alapú piramis lesz.
• Ha két kötő és két nemkötő elektronpár kapcsolódik a központi atomhoz, azok egymással 109,5°-nál valamivel kisebb szöget zárnak be, a molekula alakja V-alak lesz.

A p kötések a molekula alakját lényegesen nem befolyásolják, a kötés szögeket csak kis mértékben módosítják. A molekula alakját a s kötések, a molekula s váza határozza meg.

A molekulák polaritása

A kovalens kötés polaritása kétféle lehet:

• Poláris kovalens kötés: ha különböző elektronegativitású atomok között jön létre.
• Apoláris kovalens kötés: ha azonos atomok, vagy azonos elektronegativitású atomok között jön létre.

Ha a molekulát különböző elektronegativitású atomok építik fel. Akkor a molekula kötő elektronjai többet tartózkodnak a nagyobb elektronegativitású atom közelében, ezért az lesz a molekula negatív pólusa, a másik atom pedig a pozitív pólus. A két pólussal rendelkező molekulákat dipólus molekuláknak nevezzük.

Kétatomos molekulánál a kovalens kötés polaritása megadja a molekula polaritását is. Többatomos molekulák polaritását a bennük lévő kovalens kötések polaritása, és a molekula térbeli alakja együtt határozza meg.

Dipólus molekula: Ha van benne poláris kovalens kötés, és a térbeli alakja nem szimmetrikus.

Apoláris molekula: Ha a benne lévő összes kovalens kötés apoláris, vagy ha vannak benne poláris kovalens kötések, de a szimmetrikus térbeli alakjuk miatt ezek kiegyenlítik egymást.

Az atommagot alkotó nukleonok tömegösszegének és az atommag tömegének a különbsége. A tapasztalat szerint az atommag tömege kisebb, mint a magot alkotó részecskék tömegének összege. A tömegdefektus az atom stabilitása mértékének tekinthető, ugyanis a tömeg energia ekvivalencia törvény értelmében a tömegdefektusnak megfelelő energiamennyiséget kell közölniük a maggal, hogy alkotórészeire bomoljon. A tömegdefektus egyenértékű a magnak nukleonokból való keletkezése alkalmával felszabadult energiával. Az atomenergia hasznosítása a atommag-átalakításnál a kiindulási és végtermékek tömegkülönbségének megfelelő magenergia hasznosítását jelenti.

Az atommag alkotórészeit összetartó erő. Rövid hatótávolságúak, s más erőtípusokkal nem azonosíthatók. A hatótávolságon belül levő nukleonok igen nagy erővel vonzzák egymást, ezért a mag stabilitása nagy. A magok kötési energiája nem a tömegszám négyzetével (A2), hanem csak A-val arányos. Jellegzetes tulajdonsága még, hogy függetlenek a nukleonok töltési állapotától.

A nagyobb atommagokban egy-egy nukleon csak szomszédainak nukleáris vonzását érzi, a távolabb lévőket nem, hiszen a nukleáris kölcsönhatás hatótávolsága kisebb a mag átmérőjénél. Így az atommag belsejében egy-egy nukleon nukleáris energiája független a mag összes nukleonjainak a számától. Az atommag felületének közelében egy-egy nukleont nem szimmetrikusan vesznek körül társai. A felületi nukleon b sugarú környezete részbe üres. Ezért a felületen lévő nukleonoknak nem olyan mély a nukleáris energiájuk, mint a belül lévőknek.

Atommagok energiafelszabadulással járó egyesülése. Könnyű atommagok igen nagy hőmérsékleten nehezebb magokká egyesülhetnek. Az egyesüléskor keletkezett mag tömege kisebb az egyesülő magok tömegének összegénél. Az így fellépő tömegkülönbségnek megfelelő energia a keletkező új részek mozgási energiájává alakul át. Az elemek atomjai több millió fokos hőmérsékleten sokszorosan ionizált atommagokká és elektronokká bomlanak szét (plazmaállapot). A nagy hőmérséklet következtében a plazmát alkotó atommagok között az ütközések igen gyakoriakká válnak, s a magok sebessége is megnövekszik. Ez lehetővé teszi, hogy egyes magok a közöttük ható elektromos taszító erőt legyőzve elég nagy valószínűséggel egyesüljenek. A magfúzió sebessége adott hőmérséklet és nyomás mellett az egyesülő magok anyagi minőségétől függ.

2H, a deuteron egy protonból és egy neutronból összeállt atommag. A 2He, azaz két proton már nem marad egyedül. A protonok között fellépő elektromos taszítás és a szűk tartományra bezárt protonok mozgása fölött nem képes úrrá lenni a két proton nukleáris kölcsönhatása. 2He atommag nem létezik. A 3H, 3He, 4He atommagok léteznek. Egy-egy nukleon mind több másik nukleon erős vonzását érzi: rohamosan mélyül az egy nukleonra jutó kölcsönhatási energia. Mégis, a 2 protont és 3 neutront tartalmazó 5He izotóp, vagy a 3 protont és 2 neutront tartalmazó 5Li izotóp nem létezik a természetben.