Metallográfia és anyagvizsgálat [antikvár]

I. RÉSZA TISZTA FÉMEK ÉS AZ ÖTVÖZETEK SZERKEZETE1. A fémek sajátságaiA periodikus rendszer 92 természetes elemét két nagyobb csoportra, a fémek és a nem fémek csoportjára lehet felosztani. Az elemek többsége, mintegy 70 elem sorolható a fémek közé, gyakorlati alkalmazás szempontjából azonban csak körülbelül 30 elem elsőrendű fontosságú.A fémek sajátságai a nem fémes elemekétől igen sok vonásban eltérnek, anélkül azonban, hogy a két csoport között tökéletesen éles határt lehetne megvonni. A fémeket lellemzi a fémes fény, a mechanikai szilárdság, a hő- és az elektromos vezetőképesség s a legtöbb fémnél a jó alakíthatóság is.A fenti sajátságok közül a legjellemzőbb az elektromos vezetőképesség. A fémekben az elektromos vezetés anyagi részecskék vándorlása nélkül játszódik le, szemben az elektrolitokkal. A fémek jó elektromos vezetőképességét az úgynevezett szabad elektronok" elméletével szokás megmagyarázni.Minden elem atomokból van felépítve. Az atom az anyag legkisebb- részecskéje, melyben az elem sajátságai még feltalálhatók. Az atom a pozitív töltésű atommagból és a körülötte keringő negatív töltésű elektronokból áll.Az elektronok száma minden elem atomjában különböző. így például a vas atomja 26, az alumíniumé 13 elektront tartalmaz. Az elem elektronjainak számát az elem rendszámának nevezik, és rendszerint Z" betűvel jelzik.A fémek elektronjai között vannak olyanok, amelyek nem az egyes atommagokhoz vannak kötve, hanem egyidejűleg több atomhoz tartoznak, ezek az úgynevezett szabad elektronok. A szabad elektronok létezését közvetett úton az is bizonyítja, hogy a fémek igen könnyen képesek elektronokat kibocsátani. Az elektronok kilépéséhez bizonyos esetekben pusztán a hőmérséklet emelése is elegendő.A közvetett bizonyítékokon kívül a szabad elektronok létezését kísérleti úton közvetlenül is lehet igazolni. R. C. Tolman egy rezgésben lévő fémpálcát hirtelen lefékezett, és azt tapasztalta, hogy a szóbanforgó töltéshordozók, amelyek az előbbiek szerint a fémen belül szabadon mozognak, valóban nem fékeződnek le a pálcával együtt, hanem a pálca egyik végén sűrűsödnek.'Ennélfogva jelenlétüket a pálca két végéhez kötött érzékeny galvanométer segítségével ki lehet mutatni. Ezzel a berendezéssel nemcsak a töltéshordozók jelenlétét, hanem a töltés értelmét (pozitív vagy negatív) is meg lehet állapítani. A kísérlet negatív töltéseket mutatott ki.Tolman kísérletének további módosításával a töltéshordozók tömegének hánya-douát is ki lehetett mutatni. A kísérlet szóródásaitól eltekintve, a mérések jó egyezést mutattak az elektron fajlagos töltésére más úton is meghatározott 1,77 10 coulomb/ gramm értékkel.Végeredményben tehát a mai felfogás szerint a fémes állapot legbiztosabb ismertetőjele a szabad elektronok jelenléte.