Energie de suprafață și internă a metalului

Produsele metalice formează baza de bază pentru susținerea infrastructurii de comunicații inginerești, servind ca materii prime pentru industria construcțiilor de mașini și construcții. În fiecare dintre aceste domenii, utilizarea acestor elemente este asociată cu o mare responsabilitate. Structurile de instalare și 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

Multe procese în structura produselor metalice sunt determinate de caracteristicile energiei libere. Prezența în material a ionilor cu astfel de potențial duce la transferul lor către alte medii. De exemplu, în cursul interacțiunii cu soluții care conțin ioni analogi, elementele metalice intră în amestecul de contact. Dar acest lucru se întâmplă în cazul 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 și 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

Când se introduc molecule noi pe suprafața metalică, se dezvoltă zone libere. În timpul migrației, moleculele ocupă suprafața microfracturilor și zonele de separare a boabelor mici - acestea sunt segmentele laturii cristaline. În cadrul unei astfel de scheme, schimbările de suprafață libere, care scad. În corpurile solide, este de asemenea posibil să se observe procesele de facilitare a fluxului de plastic pe suprafețele. În consecință, energia de suprafață a metalelor este determinată de forțele de atracție a moleculelor. Aici este de remarcat magnitudinea tensiunii de suprafață, care depinde de mai mulți factori. În particular, 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 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. Tehnologii, prin urmare, dezvăluie 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, sunt determinate de distribuția nivelurilor de energie. Acumularea energiilor în nivele libere și ocupate contribuie la alocarea oricărui cuantum de către două niveluri de energie. Unul dintre ei va fi în banda de valență, iar celălalt în zonele de conducere. Nu se poate spune că distribuția energiei electronilor într-un metal este staționară și nu implică nicio schimbare. Elementele din banda de valență, de exemplu, pot absorbi quanta lumină, migrând în banda de conducere. Ca rezultat, lumina este absorbită, nu reflectată. Din acest motiv, metalele au o structură opacă. În ceea ce privește luminozitatea, este cauzată de procesul de emisie a luminii atunci când electronii returnați activat prin radiație la niveluri scăzute de energie.

Energia internă

Acest potențial este format din energia ionică și de 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 potențial este setat automat. Multe procese nefavorabile sunt asociate cu schimbări în energia internă . 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 unei anumite energii sub acțiunea aceleiași coroziunii asigură o pierdere a unei anumite fracții a potențialului. În practica operării produselor metalice, factorii negativi ai schimbării energiei interne se pot manifesta sub forma distrugerii structurale și a plasticității reduse.

Energia unui electron într-un metal

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 unui ion în 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 de energie ionic este de obicei calculat luând în considerare posibilele sale efecte distructive asupra materiei cristaline prin formarea de particule compozite. Starea ionilor poate fi afectată de energia cinetică a electronilor scutuiți din metale în timpul coliziunii. Deoarece în condițiile creșterii diferenței de potențial în mediul de electrozi la mii de volți, viteza de mișcare a particulelor crește semnificativ, potențialul acumulat este suficient pentru împărțirea 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 acestor legături, toate sunt definite ca procese 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 se interacționează cu diferite medii și sub încărcături mecanice. Legăturile metalice pot fi caracterizate de diferiți indicatori de rezistență, 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. Anterior, teoria legăturilor de valență a fost utilizată pentru a înțelege proprietățile operaționale ale compușilor complexi , dar în ultimii ani 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 și starea internă a materialului. Pe baza acestor indicatori și luând în considerare relațiile, este posibil să se tragă concluzii cu privire la valorile punctului de topire al 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

Proprietățile chimice ale metalelor determină în mare măsură 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 întotdeauna privită ca independentă. Adică, propriul său potențial poate varia în funcție de natura interacțiunii cu alte medii. Relația cea mai expresivă a suprafețelor metalice cu alte elemente este exemplul proceselor de migrare, când apare umplerea nivelurilor de energie libere.