Строение металлов и их физические свойства

Простые вещества металлических элементов обладают кристаллической структурой. В кристалле атомы расположены упорядоченно и плотно друг к другу словно пинг-понговые мячики в коробке: атомы металла связаны друг с другом характерной химической связью. Это и есть металлическая связь. Металлическая связь возникает при помощи электронов внешнего слоя всех атомов металла. Ядра в атомах металла довольно слабо связывают электроны внешнего слоя, поэтому электроны могут передвигаться от одного атома к другому. Электроны внешнего слоя при этом движутся так быстро, что становятся обобществлёнными для всех атомов. В результате вокруг атомов металла образуется электронное облако. Металлическую связь описывают как взаимодействие между атомами металла и электронным облаком.

Большинство металлов являются прочными материалами. Конечно, можно погнуть металлическую ложку, воткнув её в очень холодное мороженое или другую замёрзшую пищу. К счастью, ложке нетрудно вернуть форму. Большинство металлов пластичны, поэтому их можно обрабатывать и изготавливать из них разные предметы и детали. Например, столовые приборы изготавливают как из дерева, пластмассы, так и из металла. Деревянные столовые приборы не очень прочные и быстро снашиваются. Расплавленной пластмассе легко придать необходимую форму, но пластмассовые вилки и ножи не переносят сильного нагревания, да и ломаются легко. А вот столовые приборы, изготовленные из металла, выдерживают высокие температуры, не ломаются и почти не снашиваются. Металлы пластичны. Им можно придать нужную форму, именно потому, что в кристалле металла атомы могут двигаться друг относительно друга. Металлическая связь при этом не разрывается, и сам кристалл не разрушается. Расплавленный металл можно налить в форму и подвергнуть ковке, металл можно вальцевать, превращая его в тончайшие листы или наоборот, вытянуть его в проволоку.

Любому электроприбору для работы нужна электроэнергия, то есть в его устройстве должен быть материал, который хорошо проводит электрический ток. Электропроводность веществ и материалов можно охарактеризовать тем, как заряженные частицы проходят через вещество. Металлы хорошо проводят электрический ток, потому что в атомах металла электроны внешнего слоя свободно движутся и образуют электронное облако вокруг атомов. Особенно хорошо проводят ток серебро, медь, алюминий и золото. Если при помощи медного провода соединить плюсовой и минусовой полюсы батарейки, электроны начнут двигаться от минуса к плюсу. Если включить в электрическую цепь лампочку, она будет гореть до тех пор, пока мы не разорвём цепь или пока батарейка не разрядится.

Материалы, которые хорошо проводят ток, обычно обладают и высокой теплопроводностью. Способность металлов хорошо проводить тепло также обусловлено металлической связью и свободно движущимися электронами. Если нагреть кончик металлической ложки, атомы в кристалле металла начнут быстрее колебаться, а электроны – быстрее двигаться. Конечно, при нагревании пластмассовой ложки атомы в ней тоже начинают быстрее колебаться, но их электроны не способны передвигаться от одного атома к другому. Поэтому если металлическую ложку поставить в стакан с горячим чаем, её кончик окажется намного горячее, чем кончик пластмассовой ложки. Это происходит именно потому, что свободно двигающиеся электроны способны передавать тепло (кинетическую энергию частиц).

Для металлов характерен металлический блеск. Лучше всего свет отражают серебро, алюминий и цинк. Хорошая способность отражать свет также обусловлена электронами, которые свободно движутся в кристалле металла. Электроны поглощают падающий свет и немедленно отдают его обратно, причём в том же виде. Мы видим это как отражение, например, отражение нас самих в зеркале.