Az alábbi tartalmat jelenleg INGYENES hozzáféréssel tekinted meg.
Amennyiben szeretnél teljes hozzáférést az oldalhoz, kérjük regisztrálj, jelentkezz be, és vásárold meg a szükséges elektronikus licencet vagy írd be a nyomtatott könyv hátuljában található kódot!


A Golden Gate híd. A vasbeton függőhidat két 227 m magas acéltorony tartja. A 90 cm vastag tartókötelek speciális nikkel-króm-acél ötvözetből készültek

A Golden Gate híd. A vasbeton függőhidat két 227 m magas acéltorony tartja. A 90 cm vastag tartókötelek speciális nikkel-króm-acél ötvözetből készültek

A fémek általános jellemzése
A Földünkön található elemek nagy része (négyötöde) fém.
A fémek számos hasonló tulajdonságát figyelhetjük meg. Halmazállapotuk szobahőmérsékleten szilárd (kivétel a higany). Színük szürke (kivétel a réz és az arany), a fény nagy részét visszaverik, ezért jellemző fémfényűek. Az elektromosságot és a hőt jól vezetik, jól megmunkálhatók.
A hasonló tulajdonságok oka a hasonló atom-, kötés- és rácsszerkezet.
A fémek atomjainak külső héján kevés elektron (1,2,3) található. Ezek aránylag messze vannak az atommagtól, ezért lazán kötöttek. A fématomok kapcsolódásakor a lazán kötött elektronok egy része a többi atom magjának vonzó hatása következtében leszakad, így pozitív töltésű fématomtörzsek keletkeznek. A fémekben ezek az elektronok tehát nem tartoznak egyetlen atomhoz, hanem valamennyi atomtörzs vonzása alatt állnak. A közössé vált elektronok szabadon mozognak a fématomtörzsek között.
A pozitív töltésű fématomtörzsek és a köztük szabadon mozgó elektronok közötti vonzóerőt fémes kötésnek nevezzük. A fémes kötés elsőrendű kötés. A fémes kötéssel összekapcsolt fématomtörzsek szilárd halmaza a fémrács. Sűrűségük alapján megkülönböztetünk könnyűfémeket és nehézfémeket.
Nátrium (1), magnézium (2), kalcium (3), alumínium (4), ólom (5)
Vas (1), cink (2), arany (3), réz (4), higany (5)
Nátrium (1), magnézium (2), kalcium (3), alumínium (4), ólom (5)Vas (1), cink (2), arany (3), réz (4), higany (5)
Soroljatok fel fémből készült tárgyakat, eszközöket, építményeket stb.!
Keressetek a tankönyvben a fémek alkalmazását ábrázoló képeket!
A periódusos rendszernek melyek azok a főcsoportjai, amelyekben nemfém és fém is található? Nevezzetek meg ilyen fémeket!
Figyeljétek meg a képeken látható fémek tulajdonságait! Melyekkel találkoztatok már a mindennapi életben?
Ha a fémekre feszültséget kapcsolunk, akkor az elektromos mező hatására az elektronok mozgása rendezetté válik, a fémek vezetik az áramot. A fémek a fémes kötés és a rácspontokban levő azonos méretű atomtörzsek miatt jól megmunkálhatók. Ilyenkor a kristályrács síkjai elcsúsznak egymáson, de a rácssíkok eltolása nem változtatja meg a kristályszerkezetet.
A fémek olvadáspontja és keménysége a fémes kötés erősségétől függ. Minél nagyobb a kötés erőssége, annál keményebb a fém és annál magasabb az olvadáspontja.
A fémek oldódása eltér a nemfémek oldódásától. Kémiai átalakulás nélkül csak egymás olvadékaiban oldódnak. A fémelegyek olvadékának megszilárdulásával keletkező anyag az ötvözet.
A fémes kötés rajza
A rácssíkok elcsúszása
A fémes kötés rajzaA rácssíkok elcsúszása

Hasonlítsd össze a tiszta fém és a rácsközi ötvözet rajzát! Mit gondolsz, melyik munkálható meg könnyebben?

Az ötvözetek
A fémek olvadékai képesek más fémeket és néhány nemfémes elemet feloldani. A különféle fémek olvadékaiból akkor keletkeznek ötvözetek, ha a megszilárdulás során az anyagok nem válnak el egymástól. A fémes állapot az olvadékok megszilárdulása után is megmarad, az ötvözetekben tehát fémes kötés van. Az ötvözetek fémes kötésű összetett anyagok.
Kialakulásuk és szerkezetük alapján három fő csoportba sorolhatók:
1.
Az olvadékból a kétféle fém külön-külön egymás mellett kialakult kristálykákban szilárdul meg. Az ilyen ötvözetek olvadáspontja a két tiszta fém olvadáspontja alatt van. (Például a forrasztóón az ón és az ólom ötvözete.)
Néhány fém olvadás- és forráspontja

Néhány fém olvadás- és forráspontja

2.
Ha a kétféle fém hasonló tulajdonságú és hasonló méretű fématomokból áll, akkor azok egymást helyettesíthetik az ötvözet rácsában. Ilyen például az arany és az ezüst, a réz és a nikkel, a vas és a nikkel ötvözete. Ezeknek az ötvözeteknek általában nagyobb a szilárdságuk, kémiailag ellenállóbbak, mint az őket alkotó fémek.
3.
Ha az egyes atomok mérete között jelentős különbség van, a kisebb atomok (a nemfémek közül például a hidrogén, a szén, a nitrogén) a rács közötti hézagokat foglalják el. Ezek az ötvözetek keményebbek a tiszta fémeknél. (Például az acél.)
Az ötvözetek kémiai tulajdonságai is újszerűek. Gyakran bizonyos fémarányok mellett az ötvözet az ellenállóbb fém tulajdonságait veszi fel.
Fémolvadék öntése
Ötvözetből készült konyhai edények
Fémolvadék öntéseÖtvözetből készült konyhai edények
A bronz a réz és az ón ötvözete. Számos eszköz, művészeti alkotás és berendezés készítésére használták a múltban és alkalmazzák napjainkban is.
Az amalgám a higany fémmel (pl. ezüsttel) alkotott ötvözete. Ötvözéssel a fémek tulajdonságait céljainknak megfelelően alakíthatjuk. A fémeket és ötvözeteiket nemcsak használati tárgyak, közlekedési eszközök, gépek, készülékek, hanem építmények anyagaiként is elterjedten használják.
Az ötvözetek három fő csoportja

Az ötvözetek három fő csoportja

Érdekesség – „Emlékező” ötvözet
A hőérzékelő ötvözetek kétféle alakra képesek „emlékezni”, és bizonyos körülmények között az egyikből a másikba átalakulni. Az emlékező ötvözetből pl. spirált készítenek, felmelegítik (150 °C-ra), majd lehűtik. Ezután kiegyenesítik. Amikor a huzalt újra felmelegítik (95 °C-ra), akkor újra spirállá változik. Az ötvözet neve nitinol. Például szegecs készíthető belőle. Ez olyan szerkezetek összeerősítésénél alkalmazható, amelyekhez csak egy oldalról lehet hozzáférni. A fémmel „megjegyeztetik” a szegecs formáját, majd a feje felőli végét pálcikává alakítják. Szobahőmérsékleten illesztik a furatba. Ezután már csak a szükséges hőmérsékletre kell melegíteni a szegecset, és az azonnal „emlékszik”, hogy a másik végén megvastagított feje volt, és kialakítja azt. Napjainkban számos helyen alkalmaznak emlékező ötvözetet. Nagy keménységük miatt pl. magnetofonokban az érzékelő fejet készítik belőle.
KÉRDÉSEK ÉS FELADATOK
1. Jellemezd a fématomok külső elektronhéját! Mi a fémes kötés lényege?

2. Sorold fel a fémek fontosabb tulajdonságait!

3. Miért viselkednek rugalmasan a fémek a rájuk ható kis erőkkel szemben?

4. Hogyan csoportosíthatók az ötvözetek szerkezetük alapján?

5. Keress példákat arra, hogy a történelem folyamán milyen fémekből és ötvözetekből készítettek dísztárgyakat, ékszereket, étkészleteket, pénzérméket!