Металлические изделия формируют основную базу infrastruktura wspiera komunikację inżynieryjną, działa jako surowce dla przemysłu maszynowego i budownictwa. W każdym z tych obszarów stosowanie takich elementów wiąże się z dużą odpowiedzialnością. Na struktury instalacyjne i komunikacyjne wpływają zarówno obciążenia chemiczne, jak i mechaniczne, co wymaga wstępnej analizy właściwości materiału. Aby zrozumieć parametry operacyjne, stosuje się koncepcję, taką jak energia metalu, która określa zachowanie pojedynczego elementu lub konstrukcji w określonych warunkach pracy.
Wiele procesów w strukturze metaluprodukty są określane przez charakterystykę energii swobodnej. Obecność jonów o takim potencjale w materiale prowadzi do ich przemieszczania się do innych mediów. Na przykład w trakcie interakcji z roztworami zawierającymi podobne jony do mieszaniny kontaktowej trafiają pierwiastki metalowe. Ale dzieje się tak w przypadkach, gdy energia swobodna metali przekracza energię w roztworze. W rezultacie może powstać dodatnia płyta z podwójnym polem elektrycznym, ponieważ wolne elektrony pozostają w pobliżu powierzchni metalu. Wzmocnienie tego pola działa również jako bariera dla przejścia nowych jonów – w ten sposób powstaje granica faz, która zapobiega przechodzeniu pierwiastków. Proces takiego ruchu trwa do momentu osiągnięcia granicznej różnicy potencjałów w nowo powstałym polu. Granica szczytowa jest określona przez bilans różnic potencjałów w roztworze i metalu.
Kiedy nowe cząsteczki uderzają w metalpowierzchnia to rozwój wolnych stref. W procesie ruchu molekuły zajmują mikropęknięcia na powierzchni, a miejscami separacji drobnych ziaren są odcinki sieci krystalicznej. Zgodnie z tym schematem następuje zmiana swobodnej energii powierzchniowej, która maleje. W ciałach stałych można również zaobserwować procesy ułatwiające płynięcie tworzywa w obszarach powierzchniowych. W związku z tym energia powierzchniowa metali zależy od sił przyciągania cząsteczek. W tym miejscu warto zwrócić uwagę na wartość napięcia powierzchniowego, która zależy od kilku czynników. W szczególności determinuje go geometria cząsteczek, ich moc oraz liczba atomów w strukturze. Nie bez znaczenia jest również rozmieszczenie cząsteczek w warstwie powierzchniowej.
Procesy napięciowe zwykle zachodzą wniejednorodne media, które różnią się granicami faz nie mieszających się. Należy jednak zauważyć, że wraz z napięciem pojawiają się inne właściwości powierzchni, ze względu na parametry ich interakcji z innymi układami. Połączenie tych właściwości determinuje większość wskaźników technologicznych metalu. Z kolei energia metalu z punktu widzenia napięcia powierzchniowego może określać parametry koalescencji kropel stopów. W ten sposób technologowie ujawniają charakterystykę materiałów ogniotrwałych i topników, a także ich interakcję ze środowiskiem metalicznym. Ponadto właściwości powierzchni wpływają na szybkość procesów termotechnologicznych, w tym wydzielania gazów i spieniania metali.
Już zauważono, że konfiguracja dystrybucjicząsteczki na strukturze powierzchni metalu mogą określać indywidualne cechy materiału. W szczególności specyficzne odbicie wielu metali, a także ich nieprzezroczystość, są determinowane przez rozkład poziomów energii. Akumulacja energii na wolnych i zajętych poziomach przyczynia się do wyposażenia dowolnego kwantu w dwa poziomy energetyczne. Jeden z nich będzie w paśmie walencyjnym, a drugi w obszarach przewodnictwa. Nie można powiedzieć, że rozkład energii elektronów w metalu jest stacjonarny i nie pociąga za sobą zmian. Na przykład elementy pasma walencyjnego mogą absorbować kwanty światła migrując do pasma przewodnictwa. W rezultacie światło jest pochłaniane, a nie odbijane. Z tego powodu metale mają nieprzezroczystą strukturę. Jeśli chodzi o blask, to jest on spowodowany procesem emisji światła, kiedy elektrony aktywowane przez promieniowanie powracają do niskich poziomów energetycznych.
Potencjał ten jest tworzony przez energię jonów itakże przez ruch termiczny elektronów przewodzących. Pośrednio wartość ta charakteryzuje się ładunkami własnymi struktur metalicznych. W szczególności dla stali, która ma kontakt z elektrolitami, jej własny potencjał jest ustawiany automatycznie. Wiele niekorzystnych procesów wiąże się ze zmianami energii wewnętrznej. Na przykład wskaźnik ten może służyć do określania zjawisk korozji i deformacji. W takich przypadkach energia wewnętrzna metalu determinuje obecność mikro- i makrouszkodzeń w strukturze. Co więcej, częściowe rozproszenie tej energii pod wpływem tej samej korozji powoduje również utratę pewnej części potencjału. W praktyce, działanie wyrobów metalowych, negatywne czynniki zmian energii wewnętrznej mogą objawiać się w postaci uszkodzeń strukturalnych i spadku plastyczności.
Opisując zbiór cząstek, któreoddziałują ze sobą w ciele stałym, stosowane są koncepcje kwantowo-mechaniczne dotyczące energii elektronów. Zwykle stosuje się wartości dyskretne, które określają charakter rozkładu tych pierwiastków według poziomów energetycznych. Zgodnie z wymogami teorii kwantowej pomiar energii elektronów odbywa się w elektronowoltach. Uważa się, że w metalach potencjał elektronów jest o dwa rzędy wielkości wyższy niż energia obliczona zgodnie z teorią kinetyczną gazów w temperaturze pokojowej. W tym przypadku energia uwalniania elektronów z metali, a w szczególności prędkość ruchu pierwiastków, nie zależy od temperatury.
Obliczenie energii jonów umożliwia wyznaczeniecharakterystyka metalu w procesach topienia, sublimacji, deformacji itp. W szczególności technolodzy ujawniają wskaźniki wytrzymałości na rozciąganie i elastyczności. W tym celu wprowadzono również pojęcie sieci krystalicznej, w węzłach której znajdują się jony. Potencjał energetyczny jonu jest zwykle obliczany z uwzględnieniem jego potencjału niszczącego wpływu na substancję krystaliczną z utworzeniem cząstek kompozytowych. Na stan jonów może również wpływać energia kinetyczna elektronów wybitych z metali w trakcie zderzenia. Ponieważ w warunkach wzrostu różnicy potencjałów w ośrodku elektrod do tysiąca woltów prędkość ruchu cząstek znacznie wzrasta, nagromadzony potencjał wystarczy do rozbicia przeciwcząsteczek na jony.
Metale charakteryzują się mieszanymi rodzajami wiązań.Wiązania kowalencyjne i jonowe nie mają wyraźnego rozróżnienia i często nakładają się na siebie. Tak więc proces utwardzania metalu pod wpływem odkształcenia stopowego i plastycznego tłumaczy się właśnie przepełnieniem wiązania metalowego w oddziaływanie kowalencyjne. Bez względu na rodzaj tych wiązań wszystkie określa się jako procesy chemiczne. Co więcej, każde połączenie ma energię. Na przykład oddziaływania jonowe, elektrostatyczne i kowalencyjne mogą zapewnić potencjał 400 kJ. Konkretna wartość będzie również zależeć od energii metalu podczas interakcji z różnymi mediami i pod naprężeniem mechanicznym. Wiązania metali mogą charakteryzować się różnymi wskaźnikami siły, ale w żadnym przejawie nie będą porównywalne z podobnymi właściwościami w ośrodkach kowalencyjnych i jonowych.
Jedna z najważniejszych cech, którecharakteryzują energię wiązań, to nasycenie. Ta właściwość determinuje stan cząsteczek, aw szczególności ich strukturę i skład. W metalu cząstki występują w postaci dyskretnej. Wcześniej teoria wiązań walencyjnych była wykorzystywana do zrozumienia właściwości operacyjnych związków złożonych, ale w ostatnich latach straciła na znaczeniu. Mimo wszystkich swoich zalet koncepcja ta nie wyjaśnia szeregu ważnych właściwości. Wśród nich są widma absorpcyjne związków, właściwości magnetyczne i inne cechy. Ale przy obliczaniu energii powierzchniowej w metalach można ujawnić taką właściwość, jak palność. Mierzy zdolność powierzchni metalowych do zapłonu bez detonacji aktywatorów.
Większość metali charakteryzuje się wartościowościąkonfiguracja ze strukturą elektroniczną. W zależności od właściwości tej struktury określany jest również stan wewnętrzny materiału. Na podstawie tych wskaźników i biorąc pod uwagę zależności można wyciągnąć wnioski dotyczące wartości temperatury topnienia danego metalu. Na przykład metale miękkie, takie jak złoto i miedź, mają niższą temperaturę topnienia. Wynika to ze spadku liczby niesparowanych elektronów w atomach. Z drugiej strony metale miękkie mają wysoką przewodność cieplną, co z kolei tłumaczy się dużą ruchliwością elektronów. Nawiasem mówiąc, metal, który przechowuje energię w warunkach optymalnego przewodnictwa jonów, zapewnia wysoką przewodność elektryczną dzięki elektronom. Jest to jedna z najważniejszych właściwości użytkowych, o której decyduje stan metaliczny.
Właściwości chemiczne metali w dużej mierze determinująich właściwości techniczne i fizyczne. Pozwala to specjalistom skupić się na charakterystyce energetycznej materiału, z punktu widzenia możliwości jego wykorzystania w określonych warunkach. Ponadto energia metalu nie zawsze może być uważana za niezależną. Oznacza to, że jego własny potencjał może się zmieniać w zależności od charakteru interakcji z innymi środowiskami. Przykładem najbardziej wyrazistych połączeń powierzchni metalowych z innymi pierwiastkami są procesy migracji, gdy poziomy energii swobodnej są wypełnione.
