A fémek tulajdonságai

1. Jellemezzük a fémek kristályszerkezetét!

a. Milyen a kötés a fémrácsban?

Tudjuk, hogy a fématomok kevés számú vegyértékelektronja viszonylag kis energiával 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.

2. Mi határozza meg a fémek fizikai sajátosságait? Indokold!

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

3. A fémek elsődleges vezetőképességéről

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.

4. 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.

Például:

• alkálifémek, vas, nikkel,
• alkáliföldfémek, réz, arany stb.
• alumínium stb.

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.

5. 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.

6. 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).