Suprafața și energia internă a metalului

Produsele metalice formează baza de bază pentru susținerea infrastructurii de comunicații inginerești, ele servind ca materii prime pentru industria constructoare de mașini și construcții. În fiecare dintre aceste domenii, utilizarea acestor elemente este asociată cu o mare responsabilitate. Structurile de instalare și de comunicare sunt afectate atât de sarcini chimice cât și mecanice, ceea ce necesită o analiză primară a proprietăților materialului. Pentru a înțelege parametrii operaționali, se utilizează un concept, cum ar fi energia unui metal, care determină comportamentul unui element sau structură individuală în diferite condiții de funcționare.

Energie liberă

O mulțime de procese în structura produselor metalice sunt determinate de caracteristicile energiei libere. Prezența în material a ionilor cu acest potențial duce la transferul lor către alte medii. De exemplu, în cursul interacțiunii cu soluții care conțin ioni asemănători, elementele metalice intră în amestecul de contact. Dar acest lucru se întâmplă în cazurile în care energia liberă a metalelor depășește nivelul de soluție. Ca rezultat, un câmp electric pozitiv al câmpului electric dublu poate fi format datorită electronilor liberi rămași în apropierea suprafeței metalice. Consolidarea acestui câmp acționează, de asemenea, ca o barieră în calea trecerii de noi ioni - creând astfel o limită de fază care împiedică tranzițiile elementelor. Procesul unei astfel de deplasări continuă până când diferența de potențial de limitare este atinsă în câmpul nou format. Limita de vârf este determinată de balanța diferențelor potențiale dintre soluție și metal.

Energie de suprafață

Atunci când moleculele noi ating suprafața metalică, se dezvoltă zone libere. În timpul migrației, moleculele ocupă suprafața microfracturilor și zonele de separare a boabelor mici - acestea sunt segmentele cristal lattice. Într-o astfel de schemă, schimbările de energie liberă de suprafață scad. În corpurile solide, este de asemenea posibil să se observe procesele de facilitare a fluxului de plastic pe suprafețe. În consecință, energia de suprafață a metalelor este determinată de forțele de atracție a moleculelor. Aici merită notat amploarea tensiunea de suprafață, care depinde de mai mulți factori. În special, este determinată de geometria moleculelor, de forțele lor și de numărul de atomi din structură. Localizarea moleculelor în stratul de suprafață este, de asemenea, importantă.

Tensiune de suprafață

De obicei, procesele de tensiune apar în medii eterogene care diferă în interfața fazelor nemiscibile. Dar trebuie remarcat faptul că, împreună cu tensiunea, alte proprietăți ale suprafeței se manifestă și datorită parametrilor interacțiunii lor cu alte sisteme. Combinația acestor proprietăți determină majoritatea indicatorilor tehnologici ai metalului. La rândul său, energia metalului, din punct de vedere al tensiunii superficiale, poate determina parametrii coalescenței picăturilor în aliaje. Astfel, tehnologii relevă caracteristicile refractarelor și fluxurilor, precum și interacțiunea lor cu mediul metalic. În plus, proprietățile suprafeței afectează viteza proceselor termotehnologice, printre care evoluția gazelor și spumarea metalelor.

Zonarea energiei și a proprietăților metalului

S-a observat deja că configurația distribuției moleculelor de-a lungul structurii suprafeței metalice poate determina caracteristicile individuale ale materialului. În special, reflectarea specifică a multor metale, precum și opacitatea lor, se datorează distribuției nivelurilor de energie. Acumularea energiilor în nivele libere și ocupate contribuie la alocarea oricărui cuantum de către două niveluri de energie. Unul dintre ele va fi situat în banda de valență, iar celălalt în regiunile de conducere. Nu se poate spune că distribuția energiei electronilor într-un metal este staționară și nu implică nici o schimbare. Elementele din banda de valență, de exemplu, pot absorbi quanta lumină, migrând în banda de conducere. Ca urmare, lumina este absorbită, nu reflectată. Din acest motiv, metalele au o structură opacă. În ceea ce privește luminozitatea, aceasta se datorează procesului de emisie a luminii atunci când electronii returnați activat prin radiație la niveluri scăzute de energie.

Energia internă

Acest potențial este format din energia ionilor, precum și din mișcarea termică a electronilor de conducere. Indirect, această valoare este caracterizată de încărcăturile intrinseci ale structurilor metalice. În special, pentru oțelul care este în contact cu electroliții, propriul său potențial este setat automat. C schimbări ale energiei interne Sunt asociate multe procese adverse. De exemplu, în acest indicator este posibil să se determine fenomenele de coroziune și deformare. În astfel de cazuri, energia internă a metalului determină prezența micro- și macro-defectelor în structură. Mai mult decât atât, disiparea parțială a acestei energii sub acțiunea aceleiași coroziunii asigură, de asemenea, pierderea unei anumite fracții a potențialului. În practicarea funcționării produselor metalice, factorii negativi ai schimbării energiei interne se pot manifesta sub formă de deteriorări structurale și o scădere a ductilității.

Energia unui electron într-un metal

Atunci când se descrie agregatul de particule care interacționează unul cu celălalt într-o concepție solidă, mecanică cuantică a energiei electronilor se utilizează. De obicei, se folosesc valori discrete care determină natura distribuției acestor elemente asupra nivelurilor de energie. În conformitate cu cerințele teoriei cuantice, măsurarea energiei electronilor se efectuează în electron-volți. Se crede că în metale potențialul de electroni este de două ordine de mărime mai mare decât energia, care este calculată din teoria cinetică a gazelor în condiții de temperatură în încăpere. În acest caz, energia electronilor din metale și, în special, viteza elementelor nu depind de temperatură.

Energia ionică din metal

Calcularea energiei ionilor face posibilă determinarea caracteristicilor metalului în procesele de topire, sublimare, deformare etc. În special, tehnologii identifică rezistența la tracțiune și elasticitatea. Pentru a face acest lucru, introducem conceptul de latură de cristal, în care sunt localizați ionii. Potențialul energetic al unui ion este de obicei calculat luând în considerare posibilele sale efecte distructive asupra unei substanțe cristaline cu formarea de particule compozite. Starea ionilor poate fi afectată de energie cinetică electroni scosi din metale in timpul unei coliziuni. Deoarece în condițiile creșterii diferenței de potențial în mediul electrozilor până la mii de volți, viteza de mișcare a particulelor crește semnificativ, potențialul acumulat este suficient pentru divizarea moleculelor contra în ioni.

Puterea comunicării

Metalele se caracterizează prin tipuri diferite de conexiuni. Legăturile covalente și ionice nu au o distincție clară și se suprapun adesea între ele. Astfel, procesul de întărire a unui metal sub acțiunea dopării și a deformării plastice este explicat doar prin fluxul unei legături metalice într-o interacțiune covalentă. Indiferent de tipul de date de legătură, toate acestea sunt definite ca chimice. În același timp, fiecare legătură are energie. De exemplu, interacțiunile ionice, electrostatice și covalente pot oferi un potențial de 400 kJ. Energia specifică va depinde de energia metalului atunci când interacționează cu diferite medii și sub încărcături mecanice. Legăturile metalice pot fi caracterizate prin indicatori de rezistență diferiți, dar în orice manifestare nu vor fi comparabili cu proprietăți similare în medii covalente și ionice.

Proprietățile legăturilor metalice

Una dintre calitățile primare care caracterizează energia obligatorie este saturația. Această proprietate determină starea moleculelor și, în special, structura și compoziția acestora. Într-un metal, particulele există într-o formă discretă. Înainte de a înțelege proprietățile operaționale compuși complexi Teoria legăturilor de valență a fost utilizată, însă în ultimii ani aceasta și-a pierdut semnificația. Cu toate avantajele sale, acest concept nu explică o serie de proprietăți importante. Dintre acestea, putem observa spectrele de absorbție în compuși, calități magnetice și alte caracteristici. Dar când se calculează energia suprafeței în metale, se poate identifica o astfel de proprietate ca și inflamabilitatea. Aceasta determină capacitatea suprafețelor metalice de a se aprinde fără activatori de detonare.

Starea metalelor

Cele mai multe metale sunt caracterizate printr-o configurație de valență cu o structură electronică. În funcție de proprietățile acestei structuri, se determină starea internă a materialului. Pe baza acestor indicatori și luând în considerare relațiile, se pot trage concluzii cu privire la valorile temperaturii de topire a unui anumit metal. De exemplu, metalele moi, inclusiv aurul și cuprul, au un punct de topire mai scăzut. Acest lucru se explică prin scăderea numărului de electroni nepartiți de la atomi. Pe de altă parte, metalele moi au o conductivitate termică ridicată, care, la rândul său, se datorează mobilității ridicate a electronilor. Apropo, energia de acumulare a metalelor în condiții de conductivitate optimă a ionilor asigură o conductivitate electrică ridicată datorată electronilor. Aceasta este una dintre cele mai importante caracteristici de performanță, care sunt determinate de starea metalică.

concluzie

Proprietăți chimice ale metalelor în multe privințe, determină calitățile lor tehnice și fizice. Acest lucru permite specialiștilor să se concentreze asupra performanței energetice a materialului, în ceea ce privește posibilitatea utilizării acestuia în anumite condiții. În plus, energia metalului nu poate fi privită întotdeauna ca independentă. Adică, propriul potențial poate varia în funcție de natura interacțiunii cu alte mijloace media. Relația cea mai expresivă a suprafețelor metalice cu alte elemente este exemplul proceselor de migrare, când apare umplerea nivelurilor energiei libere.