金属是一种非常常见的材料,由于它低廉的价格和优越的性使得金属被广泛应用。
在常温下(20℃)大部分金属都是固体,金属都是晶体所以我们会学到金属晶体这个名词,金属单质是直接由原子构成的,所以金属原子决定了金属的化学性质(这句话是初中学的但是你找不到)。金属原子之间的相互作用力叫金属键。
足球烯的球棍模型2.1
如图2.1这就叫球棍模型(明显就是球和棍)。球代表原子,棍代表键,由于这只是相互作用力所以它和原子轨道一样也是虚拟的。在熔化金属的时候破坏的就是金属键,所以这个金属键的稳定程度也就是这个相互作用力的稳定程度就决定了金属的熔点。金属晶体的熔点通常差异较大,并且整体偏高(注意这句话所表达的意思并不冲突)。
金属分为两大类:有色金属(除了黑色金属的所有金属)和黑色金属(铁、锰、铬)
有色金属根据用途分成五大类:
1.轻金属(钠,铝等密度小4.5g/ml的)
金属钠2.2
金属钠2.3
2.重金属(铜,铅,汞等密度大于4.5g/ml)重金属的离子可以使蛋白质变性,有毒
铅2.4
3.贵金属(这个我没见过,我就不插嘴了)
4.稀有金属(锂、铍、钛、镭、等地球上含量少的元素。知道锂电池为什么这么贵了?)
5.放射性金属(可以射出高速粒子流也就是射线,通常有致变性但也可以用来杀死癌细胞)
放射性金属铀2.5
纯金属的用途范围很狭小,硬度、熔点、活泼性很难同时满足使用要求,所以就把不同金属熔合在一起形成合金。配方不同即各种金属含量不同产出的合金也不一样。记得在《雍正王朝》里提到过这么个事情:新帝登基时要铸造一批新钱,大家注意古代主要的流通货币不是黄金白银而是铜钱。由于铜也是比较稀有的,所以选择了铜铅合金(古代人可能是不知道这玩意是有毒的,毕竟汞类化合物都大把大把的吃)。新钱出来后龙颜大怒,因为含铅量太高了,铅又比较软导致铜钱字迹模糊同时颜色也比较暗淡。(但是胤禛后来屈服了,被一通大道理说得直喊:真香!)
铜钱样式2.6
现代的合金工艺已经非常成熟了,基本可胜任各种工作环境大家可以去了解一下。这里不再多说。
除了合金,还有更复杂的锻造工艺。你可能见过很多这样的画面:一柄神兵利器的锻造最终成品阶段,就是将温度比较高的宝剑迅速放入中“哧”的一声则剑成。这个操作过程咱们叫它,现代人叫,西方人叫蘸水。淬火到底什么作用?
龙泉剑2.7
首先,钢材大部分是碳铁合金,根据碳含量的不同分为低、中、高碳钢。你可以认为是碳溶解在铁中。含碳量越高钢越硬但是也越脆,可以用来做刀具或者磨料。含碳量越低钢越软但是延展性较好。含碳量居中的两种属性兼顾硬且韧。
其次,钢材内部存在晶体,晶体的大小和排列方式决定了合金的种类,如奥氏体、马氏体、珠光体、贝氏体。不同冷却温度和冷却速度就会形成以上不同晶体。你可以把它理解为站队:你是体育委员,同学是晶胞。降温时间越长也就是给你整理队伍的时间越长,队伍就越整齐。降温时间越短,队伍就越乱。晶胞越的大小越平均,排列越整齐这个钢材就越不够硬,晶胞大小不一甚至是畸形的钢材越硬。主要可以做扳子、剪刀、钳子。(千万别拿火烧,爹见打系列)
马氏体的生长2.8
综上,淬火就是利用了降温速度的不同得到不同类型的钢材。淬火后如果硬度过大还可以通过回火稍加改造。
铜合金一般比较常见,比如黄铜就是铜锌合金,青铜就是铜锡合金,白铜就是铜镍合金。纯铜颜色比较红,也叫紫铜。另外还有钛合金、铝合金、镁合金等。
金属材料还可以以简单的叠加,来形成复合材料。比如春秋时期青铜剑,剑刃为铜剑身为锡。铜硬且利,锡软而韧。在经过复杂精妙的锻造工艺方成传世精品,历千年不朽。镀铜、镀金、镀锡的零件应有尽有。
所以,金属的利用远远没有中学课本上这么简单,这还不包括其他合金钢,有色金属合金以及金属表面化学处理等等。我们的先代最早用的金属,但是我们的现代金属冶炼工业却是比较落后的。这部分内容分两部分,这部分先说金属的物理性质后面再说金属的化学性质。