1.2. Metālu uzbūve, to mehāniskās un fizikālās īpašības
No vielas uzbūves viedokļa metāli ir vienkāršas vielas, kam raksturīgs metālu kristālrežģis.
Metālu kristālrežģu mezglpunktos atrodas gan neitrāli atomi,
gan pozitīvi metālu joni, jo daļa no metālu vērtības elektroniem brīvi pārvietojas pa metāla kristālrežģi. Šie elektroni ir kopīgi visiem metāla kristālrežģa joniem. Brīvos elektronus metālu kristālrežģos mēdz saukt arī par elektronu gāzi.
Brīvie elektroni nosaka metālu un to sakausējumu elektrovadītspēju, siltumvadītspēju un gaismas atstarošanas spēju.
Metālu uzbūve, to mehāniskās un fizikālās īpašības
Cietība. Metālu cietību raksturo Mosa relatīvās cietības skala. Pēc šīs skalas viscietākā minerāla dimanta cietību pieņem par10. Mīksto metālu cietība ir intervālā no 0,4 (Li) līdz 2,9 (Al) visi I A grupas metāli pieskaitāmi pie izteikti mīkstiem metāliem. Viscietākais metāls ir hroms Cr (9,0).
Kaļamība. Metālu spēja bez plaisāšanas deformēties impulsveida spiediena iedarbības rezultāta.
Velmējamība. Metālu spēja deformēties nepārtraukta spiediena iedarbībā.
Stiepjamība. Metālu spēja veidot garas stieples (diegi) ar mazu diametru. Vislabāk stiepjams ir zelts Au: no 1g zelta var izveidot stiepli garāku par 2 km. Metāli ar mazu stiepjamību (Bi, Mn) ir trausli.
Blīvums.
|
ρ, g/cm3 |
vieglie metāli
|
0,53
|
0,86
|
0,97
|
1,54
|
1,74
|
2,7
|
4,5
|
|
smagie metāli
|
7,14
|
7,87
|
8,92
|
10,49
|
19,26
|
22,61
|
|
Krāsa. Visiem kompaktiem metāliem ar tīru, neoksidētu virsmu raksturīgs metāliskais spīdums.
Tas izskaidrojams ar metālu spēju atstarot gaismu. Pēc krāsas atšķiras divi metāli: Au – dzeltena, Cu – sarkanīgs; citiem – balta vai pelēka krāsa.
Magnētiskas īpašības. Feromagnētiķi – labi magnetizējas ārējā elektromagnētiskajā laukā un daļēji saglabā magnētiskās īpašības bez ārēja elektromagnētiskā lauka iedarbības (Fe,
Co, Ni).
Elektrovadītspējas un siltumvadītspējas
samazināšanās secībā metāli veido šādu rindu:
Ag, Cu, Au, Al, Mg, Zn, Fe, Pb, Bi, Hg
Kušanas temperatūras.
Viszemākā kušanas temperatūra ir dzīvsudrabam (-38,9 ºC) bet visaugstākā – volframam (3410 ºC).
Ļoti svarīga metālu īpašība ir to spēja veidot sakausējumus, kurus mūsdienu tehnikā izmanto daudz plašāk nekā tīrus metālus. Sakausējumiem parasti piemīt lielāka cietība, zemākas kušanas temperatūras nekā tīrajiem metāliem, kas ietilpst to sastāvā. Tātad, mainot komponentus un to saturu, var iegūt sakausējumus ar noteiktām īpašībām, piemēram, viegli kūstošus, karstumizturīgus vai pret koroziju izturīgus sakausējumus.
Metālu sakausējumi. Uzskata, ka senākie sakausējumi, kurus cilvēki iemācījušies pagatavot, ir bronzas. Latvijā bronzu sāka izmantot ap 1500. gadu p. m. ē. To ieveda no citām zemēm. Mūsdienās plaši izmanto arī citus vara sakausējumus (misiņš, jaunsudrabs, konstantāns). Piemēram, Latvijas lati izgatavoti no jaunsudraba, bet santīmi – no bronzas (skatīt šeit).
No pasaulē ražotās metālu un to sakausējumu kopprodukcijas 95 % ir dzelzs-oglekļa sakausējumi (čuguni
un
tēraudi). Pirmie dzelzs izstrādājumi Latvijā parādījās 500 gadus
p. m. ē.
Tehnikā plaši izmanto sakausējumus ar zemu kušanas temperatūru, kā arī īpaši cietus vai īpaši vieglus sakausējumus. Ļoti plaši izmanto arī cēlmetālu sakausējumus.