Един от най-разпространените материали, с които хората винаги са предпочитали да работят, е металът. Във всяка епоха се дава предпочитание на различни видове от тях невероятни вещества. И така, IV-III хилядолетие пр. н. е. се считат за ерата на халколита или медта. По-късно е заменен от бронз, а след това влиза в сила актуалният и до днес – желязото.

Днес обикновено е трудно да си представим, че някога е било възможно да се направи без метални изделия, защото почти всичко, от битови предмети, медицински инструменти и завършвайки с тежко и леко оборудване, се състои от този материал или включва отделни части от него. Защо металите успяха да спечелят такава популярност? Какви са характеристиките и как е присъщо на тяхната структура, нека се опитаме да го разберем по-нататък.

Обща концепция за металите

"Химия. 9 клас" е учебник, използван от ученици. Именно в него металите се изучават в детайли. Като се имат предвид техните физически и химични свойствае отделена голяма глава, тъй като тяхното разнообразие е изключително голямо.

От тази възраст се препоръчва да се даде на децата представа за тези атоми и техните свойства, тъй като подрастващите вече могат напълно да оценят стойността на тези знания. Те прекрасно виждат, че разнообразието от предмети, машини и други неща, които ги заобикалят, се основава само на метална природа.

Какво е метал? От гледна точка на химията е обичайно да се отнасят към тези атоми тези, които имат:

• малък на външно ниво;
• проявяват силни възстановителни свойства;
• имат голям атомен радиус;
• как простите вещества имат редица специфични физични свойства.

Основата на знанията за тези вещества може да бъде получена чрез разглеждане на атомно-кристалната структура на металите. Той обяснява всички характеристики и свойства на тези съединения.

В периодичната система по-голямата част от цялата таблица е разпределена за метали, тъй като те образуват всички второстепенни подгрупи и основните от първа до трета група. Следователно тяхното числено превъзходство е очевидно. Най-често срещаните са:

• калций;
• натрий;
• титан;
• желязо;
• магнезий;
• алуминий;
• калий.

Всички метали имат редица свойства, които им позволяват да бъдат комбинирани в една голяма група вещества. От своя страна тези свойства се обясняват именно с кристалната структура на металите.

Метални свойства

Специфичните свойства на разглежданите вещества включват следното.

1. Метален блясък. Всички представители прости веществате притежават и повечето от тях са еднакви.Само някои (злато, мед, сплави) са различни.
2. Ковкост и пластичност - способността да се деформира и възстановява доста лесно. При различните представители то е изразено в различна степен.
3. Електрическата и топлопроводимостта е едно от основните свойства, което определя обхвата на метала и неговите сплави.

Кристалната структура на металите и сплавите обяснява причината за всяко от посочените свойства и говори за тяхната тежест при всеки конкретен представител. Ако знаете характеристиките на такава структура, тогава можете да повлияете на свойствата на пробата и да я коригирате до желаните параметри, които хората правят от много десетилетия.

Атомно-кристална структура на металите

Какво представлява такава структура, с какво се характеризира? Самото име подсказва, че всички метали са кристали в твърдо състояние, тоест при нормални условия (с изключение на живака, който е течност). Какво е кристал?

Това е конвенционално графично изображение, изградено чрез пресичане на въображаеми линии през атомите, които подреждат тялото. С други думи, всеки метал е изграден от атоми. Те са разположени в него не произволно, а много закономерно и последователно. Така че, ако мислено комбинирате всички тези частици в една структура, ще получите красив образ под формата на правилен геометрично тяловсякаква форма.

Това се нарича кристална решетка на метала. Тя е много сложна и пространствено обемна, затова за простота не е показана цялата, а само част, елементарна клетка. Наборът от такива клетки, събрани заедно и отразени в и образуват кристални решетки. Химията, физиката и науката за металите са науки, които изучават структурните характеристики на такива структури.

Сама е съвкупност от атоми, които се намират на определено разстояние един от друг и координират около себе си строго фиксиран брой други частици. Характеризира се с плътността на опаковката, разстоянието между съставните структури и координационното число. Като цяло всички тези параметри са характеристика на целия кристал и следователно отразяват свойствата, проявявани от метала.

Има няколко разновидности.Всички те са обединени от една характеристика - във възлите има атоми, а вътре има облак от електронен газ, който се образува от свободното движение на електрони вътре в кристала.

Видове кристални решетки

Четиринадесет опции за структурата на решетката обикновено се комбинират в три основни типа. Те са следните:

1. Телесно центриран куб.
2. Шестоъгълна плътна опаковка.
3. Гранецентриран куб.

Кристалната структура на металите беше изследвана едва когато стана възможно да се получат големи увеличения на изображения. А класификацията на видовете решетки е въведена за първи път от френския учен Bravais, с чието име те понякога се наричат.

Центрирана решетка на тялото

Структурата на кристалната решетка на металите от този тип е следната структура. Това е куб, в чиито възли има осем атома. Друг се намира в центъра на свободното вътрешно пространствоклетки, което обяснява наименованието "центрирани върху тялото".

Това е един от най проста структураелементарна клетка, а оттам и цялата решетка като цяло. От този тип са следните метали:

• молибден;
• ванадий;
• хром;
• манган;
• алфа желязо;
• бета желязо и други.

Основните свойства на такива представители са висока степенковкост и пластичност, твърдост и здравина.

лицево центрирана решетка

Кристалната структура на металите с лицево центрирана кубична решетка е следната структура. Това е куб, който включва четиринадесет атома. Осем от тях образуват решетъчни възли, а още шест са разположени по един на всяко лице.

Те имат подобна структура:

• алуминий;
• никел;
• водя;
• гама желязо;
• мед.

Основните отличителни свойства са блясък на различни цветове, лекота, здравина, пластичност, повишена устойчивост на корозия.

Шестоъгълна решетка

Кристалната структура на металите с решетки е следната. Елементарната клетка се основава на шестоъгълна призма. В неговите възли има 12 атома, още два в основите и три атома свободно лежат вътре в пространството в центъра на структурата. Само седемнадесет атома.

Метали като:

• алфа титан;
• магнезий;
• алфа кобалт;
• цинк.

Основните свойства са висока степен на якост, силен сребрист блясък.

Дефекти в кристалната структура на металите

Въпреки това, всички разглеждани видове клетки могат да имат и естествени дефекти или така наречените дефекти. Това може да се дължи на различни причини: чужди атоми и примеси в металите, външни влияния и т.н.

Следователно има класификация, която отразява дефектите, които могат да имат кристалните решетки. Химията като наука изучава всеки от тях, за да установи причината и отстраняването, така че свойствата на материала да не се променят. И така, дефектите са както следва.

1. Точка. Те се предлагат в три основни типа: празни места, примеси или разместени атоми. Те водят до влошаване на магнитните свойства на метала, неговата електро- и топлопроводимост.
2. Линеен или дислокационен. Разпределете маргинални и винтови. Влошаване на здравината и качеството на материала.
3. повърхностни дефекти. Те влияят на външния вид и структурата на металите.

В момента са разработени методи за елиминиране на дефекти и получаване на чисти кристали. Не е възможно обаче те да бъдат напълно изкоренени; идеалната кристална решетка не съществува.

Стойността на знанията за кристалната структура на металите

От горния материал е очевидно, че познаването на фината структура и структура позволява да се предвидят свойствата на материала и да се повлияе върху тях. И това ви позволява да правите науката химия. 9 клас средно училищев процеса на обучение акцентът е върху това да се даде на учениците ясно разбиране за важността на фундаменталната логическа верига: състав - структура - свойства - приложение.

Информацията за кристалната структура на металите много ясно илюстрира и позволява на учителя ясно да обясни и покаже на децата колко е важно да познават фината структура, за да използват правилно и компетентно всички свойства.

Всички метали в твърдо състояние имат кристална структура. Атомите в твърд метал са подредени и образуват кристални решетки (фиг. 1).

Ориз. 1. Схеми кристални решетки: a – тялоцентричен куб; b - лицево центрирано; c - шестоъгълна плътно опакована

Кристална клеткапредставлява най-малкия обем на кристала, който дава пълна картина на атомната структура на метала и се нарича елементарна клетка.

Металите се характеризират с кристални решетки от три типа: кубично центрирана (bcc), в която атомите са разположени във върховете на елементарната клетка и един в центъра й; лицево-центрирана кубична (fcc), в която атомите са разположени във върховете на единичната клетка и в центровете на нейните лица; хексагонална плътно опакована (hcp), която представлява шестоъгълна призма, в която атомите са подредени в три слоя.

Свойствата на материала зависят от вида на кристалната решетка и параметрите, които я характеризират:

1) междуатомно разстояние, измерено в ангстрьоми 1А°=10 -8 cm

2) плътност на опаковката ( решетъчна основае броят на частиците в единична клетка). Кубичен прост - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) координационен номер(KN) - максималният брой атоми, разположени на еднакво разстояние и разположени на най-близкото разстояние от атома, взет за референтна точка. Кубичен прост - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Свойствата на материала, определени в посоката на предната равнина и диагоналната равнина, са различни - това явление се нарича анизотропия, т.е. неравномерни свойства в различни посоки. Всички метални материали имат това свойство. Аморфните тела имат свойството изотропия, т.е. имат еднакви свойства във всички посоки.

Кристалните решетки могат да имат различни структурни несъвършенства, които значително променят свойствата на материала. Реалният монокристал винаги има свободна (външна) повърхност, върху която вече поради повърхностно напрежение решетката е изкривена.

Дефекти вътрешна структурасе подразделят на точкови, линейни и равнинни.

Точковите дефекти включват свободни места (когато отделните места на кристалната решетка не са заети от атоми); разместени атоми (ако отделните атоми са в междинни пространства) или примесни атоми, чийто брой е много голям дори в чистите метали. В близост до такива дефекти решетката ще бъде еластично изкривена на разстояние от един или два периода (фиг. 2а).

Ориз. 2. Дефекти в кристалната решетка: точка; b - линеен; c - равнинен

Линейните дефекти са малки в две измерения и доста големи в третото. Такива дефекти включват изместване на атомни равнини или дислокации и вериги от свободни места (фиг. 2b). Най-важното свойство на такива дефекти е тяхната подвижност вътре в кристала и активно взаимодействие помежду си и с други дефекти.

Възможна е промяна в кристалната решетка на материала под въздействието на външни фактори, а именно температура и налягане. Някои метали в твърдо състояние в различни температурни диапазони придобиват различни кристални решетки, което винаги води до промяна на техните физикохимични свойства.

Съществуването на един и същ метал в няколко кристални форми се нарича полиморфизъм. Температурата, при която настъпва промяна в кристалната решетка, се нарича температура на полиморфната трансформация. Всички процеси на термична обработка се основават на това явление. Полиморфните модификации се обозначават с гръцки букви (a, b, g и други, които се добавят като индекс към символа на елемента).

молекулярни кристали. Неутралните молекули на веществото са разположени във възлите на кристалната решетка, силите на взаимодействие между които се дължат на леко взаимно изместване на електрони в електронни черупкиатоми. Тези сили се наричат ​​сили на Ван дер Ваалс, тъй като те са от същото естество като силите на привличане между молекулите, което води до отклонение на газовете от идеалността. Молекулярните кристали са например повечето органични съединения(парафин, алкохол, каучук и др.), инертни газове (Ne, Ar, Kg, Xe) и CO 2 газове, О 2, N2 в твърдо състояние, лед, както и кристали от бром Br 2, йод 1 2 . Силите на Ван дер Ваалс са доста слаби, така че молекулярните кристали лесно се деформират.

В някои твърди веществаняколко вида комуникация могат да се осъществяват едновременно. Пример е графитът (шестоъгълна решетка). Графитната решетка (фиг. 105) се състои от серия от успоредни равнини, в които въглеродните атоми са разположени във върховете правилни шестоъгълници. Разстоянието между равнините е повече от два пъти разстоянието между атомите на шестоъгълника. Плоските слоеве са свързани помежду си чрез сили на Ван дер Ваалс. В рамките на слоя се образуват трите валентни електрона на всеки въглероден атом ковалентна връзкасъс съседни въглеродни атоми, а четвъртият електрон, оставайки "свободен", се колективизира, но не в цялата решетка, както при металите, а в рамките на един слой. Така в този случай се осъществяват три вида комуникация: хомеополярна и метална - в рамките на един и същи слой; ван дер Ваалс - между слоевете. Това обяснява мекотата на графита, тъй като неговите слонове могат да се плъзгат един спрямо друг.

Разликата в структурата на кристалните решетки на два вида въглерод - графит и диамант - обяснява разликата в техните физични свойства: мекотата на графита и твърдостта на диаманта; графитът е проводник на електричество, диамантът е диелектрик (няма свободни електрони) и т.н.

Подреждането на атомите в кристалите се характеризира и с координационно число - броят на най-близките съседни атоми от същия тип с даден атом в кристалната решетка или молекули в молекулярни кристали. За образ на модел

Образуването на кристални структури от атоми и йони използва система от плътно опаковане на сфери. Разглеждайки най-простия случай на плътно опаковане на топки с еднакъв радиус в равнина, стигаме до два начина за подреждането им (фиг. 106, а, б).Правилната опаковка е по-плътна, тъй като при равен брой топки площта на ромба със страна равна странаквадрат, по-малко площквадрат. Както се вижда от фигурата, разликата в пакетите се свежда до разликата в координационните номера: в левия пакет координационният номер е 4, в десния - b, t. колкото по-плътна е опаковката, толкова по-голямо е координационното число.

Нека разгледаме при какви условия плътното опаковане на сфери в пространството може да съответства на една или друга кристална структура, дадена по-горе. Нека започнем да изграждаме решетката от слоя топки, показан на фиг. 106 6. За да опростим по-нататъшните разсъждения, проектираме центровете на топките върху равнината, върху която лежат, като ги обозначим с бели кръгове (фиг. 107). В същата равнина проектираме центровете на пролуките между топките, които са посочени на фиг. 107, съответно с черни кръгове и кръстове. Всеки плътно опакован слой ще се нарича слой Какво акоцентровете на неговите топки са разположени над сивите кръгове, слой AT- ако е върху червени кръгове, слой ОТ- ако над кръстове. Горен слой НОпоставяме втория плътно опакован слой, така че всяка топка от този слой да лежи върху три топки от първия слой. Това може да стане по два начина: приемете го като втори слой или AT,или ОТ.Третият слой "може да бъде подреден отново по два начина и т.н. И така, плътното опаковане може да се опише като последователност ABWAS...,в които слоевете, маркирани с еднакви букви, не могат да стоят един до друг.

От многото възможни комбинации в кристалографията, два вида опаковки са от истинско значение: 1) двуслойна опаковка АБАБАБ...- шестоъгълна плътно опакована структура (фиг. 108); 2) трислойна опаковка АБВ...- кубична лицево-центрирана структура (фиг. 109). И в двете решетки координационното число е 12, а плътността на опаковане е еднаква – атомите заемат 74% от общия обем на кристала. Координационното число, съответстващо на кубичната тялоцентрирана решетка, е 8, диамантената решетка (виж Фиг. 104) е 4.

В допълнение към дву- и трислойните пакети е възможно да се изградят многослойни пакети с дълъг период на повторение на еднакви слоеве, напр. AVSVASAVSVASS...- шестслойна опаковка. Има модификация на SiC карбид с период на повторение от 6, 15 и 243 слоя.

Ако кристалът е изграден от атоми на различни елементи, тогава той може да бъде представен като плътна опаковка от топки с различни размери. На фиг. 110 показва изображение на модел на солен кристал. Големите хлорни йони (r = 181 pm) образуват плътна трислойна опаковка, в която големите кухини са запълнени с по-малки.

размер с натриеви йони (r = 98 pm). Всеки Na йон е заобиколен от шест O йона и, обратно, всеки C1 йон е заобиколен от шест Na йона.

Дефекти в кристалите

Идеалните кристални структури, разгледани в § 71, съществуват само в много малки обеми реални кристали, в които винаги има отклонения от подреденото разположение на частиците в местата на решетката, наречени дефекти на решетката. Дефектите се разделят на макроскопични, възникващи в процеса на образуване и растеж на кристали (например пукнатини, пори, чужди макроскопични включвания) и макроскопични, дължащи се на микроскопични отклонения от периодичността.

Микродефектите се делят на точкови и линейни. Точковите дефекти са три вида: 1) ваканция - липсата на атом на мястото на кристалната решетка (фиг. 111, а); 2) интерстициален атом - атом; вградени в интерстициалното пространство (фиг. 111, 6); 3) примесен атом - примесен атом или заместващ атом на основното вещество в кристалната решетка (заместващ примес, фиг. 111, в),или вградени в интерстициалното пространство (примес на въвеждането, фиг. 111, b;само в междинните пространства, вместо атома на основното вещество, има примесен атом). Точковите дефекти нарушават само късия ред в кристалите, без да засягат далечния - това е тяхната характерна черта.

Линейните дефекти нарушават реда на дълги разстояния. Както следва от експериментите, механичните свойства на кристалите до голяма степен се определят от дефекти от специален тип - дислокации. Дислокациите са линейни дефекти, които нарушават правилното редуване на атомните равнини.

Луксациите са ръбови и винтови. Ако една от атомните равнини се счупи вътре в кристала, тогава ръбът на тази равнина образува ръбова дислокация (фиг. 112, а).В случай на винтова дислокация (фиг. 112, b) нито една от атомните равнини вътре в кристала не се откъсва, а самите равнини са само приблизително успоредни и близки една до друга, така че всъщност кристалът се състои от една атомна равнина, извита по спиралната повърхност.

Плътността на дислокациите (броят на дислокациите на единица площ от кристалната повърхност) за идеални монокристали е 10 2 -10 3 cm -2, за деформирани кристали - 10 10 -10 12 cm - 2 . Дислокациите никога не се откъсват, те или излизат на повърхността, или се разклоняват, така че в истинския кристал се образуват плоски или пространствени мрежи от дислокации. Дислокациите и тяхното движение могат да се наблюдават с помощта на електронен микроскоп, както и чрез метода на селективно ецване - на местата, където дислокациите излизат на повърхността, се появяват гравиращи ями (интензивно разрушаване на кристала под действието на реагента), които “проявяват” дислокации.

Изследването на металите в съответствие с периодична системаелементи на Менделеев показва, че с изключение на Mn и Hg, елементите от подгрупа А, включително преходните метали и повечето редкоземни елементи, както и металите от подгрупи IB и IIB и някои елементи от група IIIB, включително Al, образуват едно от следните типични метални конструкции:

A 1 - кубична лицево-центрирана решетка (fcc)

кубична лицево-центрирана решеткаследните метали имат: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt и др.

В кубична лицево-центрирана решетка атомите са разположени във върховете на единичната клетка и в центровете на нейните лица (фиг. 1.5).

Всеки атом в тази решетка е заобиколен от 12 най-близки съседи, разположени на равни разстояния, равни на = 0,707×а, където а- елементарен клетъчен ръб. Броят на най-близките съседи, равен на 12, се нарича координационно число на кристалната решетка. В допълнение към тези най-близки атоми, в кристалната решетка има 6 атома, отдалечени на много по-големи разстояния, равни на а.

Разглежданата кристална решетка има два вида кухини (междинни пространства, в които могат да бъдат разположени по-малки атоми на други елементи в сплавите), образуващи интерстициални твърди разтвори.

Най-големите междувъзлия или празнини са в центъра на куба и в средата на ръбовете му. Всяка от тези празнини е заобиколена от шест атома на fcc решетката, заемащи места във върховете на правилен октаедър. В тази връзка те се наричат ​​октаедрични празнини (Фигура 1.5, b). Такива позиции на различни елементи в гранецентрираната кубична решетка са заети от Na и Cl атоми в NaCl решетката. Същите позиции са заети от въглерод в g-Fe решетката.

В допълнение към тези кухини в fcc решетката има по-малки кухини, наречени тетраедрични, поради факта, че са заобиколени от 4 атома. Общо има 8 тетраедрични кухини в fcc решетката (Фигура 1.5, в).

Размерите на тетраедричните и октаедричните празнини могат да се усетят, ако приемем, че решетката е изградена от твърди топки с радиус r, които са в контакт една с друга; в този случай сфери с радиус от 0,41 r и 0,225 r, съответно, за октаедрични и тетраедрични кухини, могат да бъдат поставени в съществуващите празнини.

Най-плътно опакованите равнини в структурата на лицево-центриран куб са равнините, показани на фигурата. тях символ(111) (Фигура 1.5., Ж).

тялоцентрирана кубична решеткаИ 2 (bcc) имат метали а - Fe, хром, волфрам, молибден, ванадий, натрий, литий и др. Структура A 2 е по-малко плътно опакована.

Атомите в bcc решетката са разположени във върховете и в центъра на елементарната клетка (Фигура 1.6).

Всеки атом в тази клетка има 8 най-близки съседи, разположени на разстояние от ае дължината на ръба на куба. Следователно координационното число на решетката е 8. Понякога се означава (8 + 6), т.к. Следващите най-отдалечени атоми са разположени на разстояние а, броят им е 6.

Има също 2 вида кухини в bcc структурата. Големите заемат позиции върху лицата на куба (Фигура 1.6, в). Те са заобиколени от 4 атома, разположени във върховете на тетраедъра, чиито краища са равни по двойки. По-малки кухини, заобиколени от 6 атома, заемащи места във върховете на неправилен октаедър, са разположени в средата на ръбовете и лицата на клетката (Фигура 1.6, Ж). Ако bcc решетъчната структура е изградена от твърди топки, тогава сфери с радиус от 0,292 r могат да бъдат поставени в тетраедрични кухини и 0,154 r в октаедрични кухини.

По този начин, максимален размерсфера, която може да бъде поставена в кухините на по-плътно опакована fcc решетка, се оказва по-голяма, отколкото в bcc решетката.

Въвеждането на други атоми в октаедричната пора на bcc решетката причинява изместването на два атома в посока, успоредна на ръба на куба, което кара решетката да се разширява в тази посока. В структурата на мартензита, където въглеродните атоми се въвеждат в октаедрични кухини, разположени само на ръбове, успоредни на оста С и в центровете на лицата, перпендикулярни на тази ос, това води до тетрагонално изкривяване на a-Fe решетката.

Най-гъсто опакованите bcc равнини са 12 равнини от семейството (110) (Фигура 1.6. b). В тези равнини има 2 посоки, в които твърдите топки могат да се допират.

Шестоъгълна плътно опакована решетка A 3 (hcp) се притежава от метали като Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Шестоъгълното сито е изградено от отделни слоеве и по такъв начин, че всеки атом от който и да е слой е заобиколен от 6 съседа, разположени на равни разстояния, принадлежащи на същия слой, и в допълнение има три най-близки съседа в слоевете, разположени над и под този слой (Фигура 1.7).

Разстоянието между атомите в шестоъгълните слоеве се означава с а, височина на клетката в s. Шест най-близки съседи, разположени в съседни слоеве, също ще бъдат на разстояние и от този атом, ако съотношението на осите s/aе, тогава такава структура се нарича идеална плътно опакована структура. Освен това координационното число в този случай, както и в fcc решетката, е 12.

Повечето метали с хексагонална плътно опакована решетка имат съотношение на осите s/a= 1,56 - 1,63. Изключение правят Zn и Cd (1,86; 1,89). Това се дължи на факта, че електронните облаци на Zn и Cd атомите нямат сферична симетрия и са удължени по оста С. В хексагоналната плътно опакована решетка, както и в fcc, има 2 вида празнини: октаедрични и тетраедрични (Фигура 1.7, b).

Диаметрите на твърдите сфери, които могат да бъдат поставени в тези кухини, са 0,41 r и 0,225 r, както и за fcc.

Достатъчно е да разгледаме конструкцията на плътно опаковани равнини на fcc решетката (111) (Фигура 1.8, а), за да се намери пълна аналогия в конструкцията на атомите в тези две решетки. Разликата между тези решетки е редуването на слоевете. Ако в шестоъгълната решетка има редуване на слоеве ABAB и т.н., тогава в fcc решетката: ABCABC (Фигура 1.8, b), т.е. това използва третата възможна позиция на плътно опакования слой.

Разликата в съотношението на енергията между тези две решетки е незначителна и във връзка с това последователността от редуващи се слоеве може лесно да бъде нарушена по време на пластичната деформация, както и в резултат на появата на кристални дефекти по време на нейния растеж, т. -наречени грешки при подреждане.

По този начин очевидната разлика в конструкцията на hcp и fcc решетките изобщо не е голяма (Фигура 1.8).

Въглеродът под формата на диамант, силиций, германий, а - калай (сив) има двоен кубичен решетъчен диамант(Фигура 1.9). Тя се различава от fcc решетката по наличието на четири допълнителни атома в четири от осемте тетраедрични празнини. В резултат на това структурата е по-рехава.

Всеки диамантен атом е заобиколен само от четири най-близки съседи, разположени в ъглите на правилен тетраедър. Координационният номер на такава структура е 4.

Както е показано по-горе, едни и същи метали при различни температури могат да имат различни кристални структури, което се дължи на тяхната алотропия.

Алотропна (полиморфна) трансформация е промяна в пространствената решетка на кристално тяло.

Като примери за алотропни трансформации може да се цитира трансформацията на нискотемпературната алотропна форма a - Fe с обемно-центрирана кубична решетка във високотемпературната форма g - Fe с лицево-центрирана кубична решетка при температура 910 °С. ° C и последващата трансформация при температура от 1392 ° C g - Fe в d - Fe с обемно центрирана кубична решетка, подобна на a - Fe. Подобни трансформации могат да се наблюдават в титан, цирконий и др. В титана и циркония нискотемпературната алотропна форма е a - Ti, a - Zr с хексагонална плътно опакована решетка. При температури над 882°C за титана и 862°C за циркония се образуват b-Ti и b-Zr, които имат центрирана решетка.

Както видяхте, алотропната трансформация е това атомна структуракристалното тяло се променя при нагряване и охлаждане. Самият процес на пренареждане на кристалната решетка протича изотермично при постоянна температура, кривата на охлаждане на сплавта, подложена на алотропни трансформации, е подобна на кривата, наблюдавана по време на втвърдяването на течен метал. Температурата на прехода се нарича критична точка на трансформация. При температура (T 0) се наблюдава фазово равновесие на две алотропни разновидности.

Подобно на процеса на кристализация, алотропната трансформация протича с поглъщане на топлина при нагряване и нейното освобождаване при охлаждане. Алотропната трансформация (също по аналогия с процеса на кристализация) се осъществява чрез образуването на ядра и последващия им растеж, поради което винаги протича с наличието на преохлаждане (при охлаждане) и прегряване при нагряване.

Алотропната трансформация възниква, както и процесът на кристализация, във връзка със стремежа на системата да намали свободната енергия.