Fémek fizikai tulajdonságai
Fémek fizikai tulajdonságai
A legtöbb fémre jellemző a jó elektromos- és hővezetés (az elektromos vezetésük a hőmérséklet emelkedés hatására csökken), a szilárd állapot (kivétel a higany), a fémes fény, és általában jó alakíthatóság, megmunkálhatóság.
A hasonló tulajdonságok a hasonló kristályszerkezet okozza. Eltérnek egymástól a fémek bizonyos tulajdonságai, pl. az olvadáspont, sűrűségük és mágnesezhetőségük.
Fémek mechanikai tulajdonsága:
A szilárdság a kristályrácsot összetartó erőtől függ. A szilárdság a fém felhasználását nagymértékben befolyásoló mechanikai tulajdonság.
A keménység a nyomóerővel szembeni ellenállást jelenti, és az alkalmazás, a tartósság (pl. kopás) szempontjából lényeges tulajdonság. Keményfém a króm, wolfram, vanádium, nikkel, míg puhafém az ólom, a nátrium, az arany, az ón, az ezüst, a vas.
A rugalmasság azt a tulajdonságot jelenti, hogy a fém az alakváltoztató erő hatásának megszűnése után visszanyeri eredi alakját. Ha a fémtárgy maradandó alakváltozást szenved, rugalmatlan fémről beszélünk.
A szívósság jellemzi azt a fémet, amelynél minél nagyobb külső hatásra egyre nagyobb lesz a maradandó alakváltozást szenvedő fém ellenállása a külső erőhatással szemben.
Az alakíthatóság azt jelenti, hogy a fém vékony lemezzé kalapálható, fóliává nyújtható vagy szállá húzható. Megmunkálásnál a fémrács egyes rétegei csak elcsúsznak egymáson anélkül, hogy a fémes kötés megszakadna.
A fémek megmunkálhatóságával kapcsolatosak vannak még a technológiai tulajdonságok, mint például az önthetőség, kovácsolhatóság, hengerelhetőség, forgácsolhatóság, forraszthatóság, és a hegeszthetőség.
Fémek kémiai tulajdonságai
Fémek kémiai tulajdonságai:
A fémek kémiai tulajdonságait a reakciókészségük határozza meg. Általában a kis elektronegativitású fémek – elektronjaikat leadva (oxidáció) – könnyen vegyülnek nagy elektronegativitású elemekkel. A legtöbb fém közvetlenül egyesül halogén elemekkel, valamint oxigénnel és kénnel is.
Az oxigénnel való reakciókészség igen fontos, hiszen a fémek leggyakoribb vegyületei az oxidok. A nemesfémek (arany, ezüst, platina) oxigénnel nem reagálnak, de vannak olyan fémek, amelyek teljesen eloxidálódhatnak (vas), és vannak olyanok is, amelyeken védőréteg alakul ki, amely megakadályozza a további oxidációt (alumínium, cink, ólom, nikkel).
Fémek tulajdonságai
Fémek tulajdonságai:
A fémekre és az ötvözeteikre az elsőrendű kémiai kötések közül a fémes kötés, jellemző. A fémekben a pozitív töltésű fémionok és a nem helyhez kötött, delokalizált elektronok közötti kapcsolatot nevezik fémes kötésnek. A fémek a periódusos rendszerben (Mengyelejev 1869) a bór-asztácium vonaltól balra találhatók.
Szilárd állapotban a fémionok kristályrácsba rendeződnek, és egy közös delokalizált elektronrendszer biztosítja közöttük a kémiai kötést. A fémek tulajdonságát a fémkristály szerkezet is befolyásolja. Röntgensugarakkal végzett vizsgálatokkal megállapítható a fémionok térbeli elhelyezkedése a kristályrácsban.
A fémek kristályai szerint három csoportba sorolhatók:
o térben középpontos kockarács (Cr, Fe, W),
o hatszögletes kristályrács (Co, Zu, Ti),
o fémrács.
Ötvözetek
A fémek nagy része olvadt állapotban egymásba oldódik, az olvadék lehűlve a fémes jelleget megtartva kristályosodik, szilárdul meg.
Az ötvözetek olyan látszatra egynemű, fémes természetű anyagok, amelyek fémeknek fémekkel vagy nemesfémekkel alkotott megszilárdult elegyei.
Az ötvözet fő tömegét alkotja az alapfém (vas, réz, cink, alumínium).
Az ötvözőelemek az ötvözetben, kis mennyiségben fordulnak elő, pl. acélnál a króm, kobalt, mangán, nikkel, titán, vanádium, szén, szilícium.
Az ötvözetekre jellemző tulajdonságok:
- fémes külsejűek,
- a hőt és az elektromosságot vezetik, bár gyengébben a színes fémnél,
- olvadáspontjuk alacsonyabb az alkotók olvadáspontjánál,
- keménységük, szilárdságuk nagyobb lehet, mint bármelyik összetevőjének,
- önthetőségük, kovácsolhatóságuk is fokozódhat,
- korrózióállóságuk egyes fémek felhasználásával (pl. króm, nikkel, stb.) lényegesen javul, rozsdamentes ötvözetek keletkeznek.
Az ötvözés célja lehet:
- előnytelen tulajdonságok megszűntetése,
- megfelelő tulajdonságok javítása,
- új tulajdonságok kialakítása.
Az ötvözetek típusai
Az ötvözetek szerkezetileg háromfélék lehetnek:
- szilárdoldat típusú,
- vegyület típusú,
- eutektikus ötvözetek.
A szilárdoldat típusú ötvözetekben a fém ötvözőelemek atomjai vagy az alapfém rácsába ágyazódnak be (rácsközi ötvözetek), vagy az alapfém atomjait helyettesítik egy-egy rácspontban (helyettesítési ötvözetek).
A rácsközi ötvözetek annál könnyebben keletkeznek, minél kisebbek az alapfémmel ötvöződő atomok.
A helyettesítési ötvözetnél a kétféle atom közel azonos méretű. Ilyen típusú például a rozsdamentes acél.
A szilárdoldat keletkezésének általános feltétele, hogy az egymással ötvözött anyagok kémiai tulajdonságaik és rácsszerkezeteik szempontjából ne nagyon térjenek el egymástól.
Vegyület típusú ötvözetek esetén az elegyedő fémek (esetleg fémek és nemesfémek) között meghatározott összetételű vegyület jön létre. Ilyen például a vaskarbid (Fe3C). Ilyenkor egynemű, kristályos anyag keletkezik, de a vegyület kristályszerkezete eltér az alkotók kristályszerkezetétől.
Ha a két fém sem szilárdoldatot, sem vegyületet nem képez, akkor az alkotó fémek apró mikrokristályai együtt meghatározott összetételű keverékké dermednek. A keletkezett ötvözet az eutektikum, olvadáspontja rendszerint alacsonyabb a kiindulási fémekénél. Ilyen például a forrasztóón (ón és ólomötvözete).
21. századi közoktatás - fejlesztés, koordináció (TÁMOP-3.1.1-08/1-2008-0002)
