सबसे आम सामग्रियों में से एक जिसे लोग हमेशा काम करना पसंद करते हैं वह धातु थी। प्रत्येक युग में इनमें से विभिन्न प्रकारों को वरीयता दी जाती थी अद्भुत पदार्थ. तो, IV-III सहस्राब्दी ईसा पूर्व को चालकोलिथ, या तांबे का युग माना जाता है। बाद में इसे कांस्य से बदल दिया गया, और फिर जो आज भी प्रासंगिक है - लोहा लागू होता है।

आज यह कल्पना करना आम तौर पर मुश्किल है कि धातु उत्पादों के बिना करना संभव था, क्योंकि घरेलू सामान, चिकित्सा उपकरणों और भारी और हल्के उपकरणों के साथ समाप्त होने वाली लगभग हर चीज में यह सामग्री होती है या इसके अलग-अलग हिस्से शामिल होते हैं। धातुओं ने इतनी लोकप्रियता हासिल करने का प्रबंधन क्यों किया? विशेषताएं क्या हैं और यह उनकी संरचना में कैसे निहित है, आइए इसे और जानने का प्रयास करें।

धातुओं की सामान्य अवधारणा

"रसायन विज्ञान। ग्रेड 9" स्कूली बच्चों द्वारा उपयोग की जाने वाली पाठ्यपुस्तक है। इसमें धातुओं का विस्तार से अध्ययन किया जाता है। उनकी शारीरिक और को ध्यान में रखते हुए रासायनिक गुणएक बड़ा अध्याय आवंटित किया गया है, क्योंकि उनकी विविधता अत्यंत महान है।

यह इस उम्र से है कि बच्चों को इन परमाणुओं और उनके गुणों का एक विचार देने की सिफारिश की जाती है, क्योंकि किशोर पहले से ही इस तरह के ज्ञान के मूल्य की पूरी तरह से सराहना कर सकते हैं। वे पूरी तरह से देखते हैं कि विभिन्न प्रकार की वस्तुएं, मशीनें और अन्य चीजें जो उन्हें घेरती हैं, सिर्फ एक धातु प्रकृति पर आधारित हैं।

एक धातु क्या है? रसायन शास्त्र के दृष्टिकोण से, इन परमाणुओं को संदर्भित करने के लिए प्रथागत है जिनके पास है:

• बाहरी स्तर पर छोटा;
• मजबूत पुनर्स्थापनात्मक गुणों का प्रदर्शन;
• एक बड़ा परमाणु त्रिज्या है;
• कैसे सरल पदार्थों में कई विशिष्ट भौतिक गुण होते हैं।

इन पदार्थों के बारे में ज्ञान का आधार धातुओं की परमाणु-क्रिस्टलीय संरचना पर विचार करके प्राप्त किया जा सकता है। यह इन यौगिकों की सभी विशेषताओं और गुणों की व्याख्या करता है।

आवर्त प्रणाली में, अधिकांश संपूर्ण तालिका धातुओं के लिए आवंटित की जाती है, क्योंकि वे सभी माध्यमिक उपसमूह बनाते हैं और मुख्य पहले से तीसरे समूह तक। अतः उनकी संख्यात्मक श्रेष्ठता स्पष्ट है। सबसे आम हैं:

• कैल्शियम;
• सोडियम;
• टाइटेनियम;
• लोहा;
• मैग्नीशियम;
• एल्यूमीनियम;
• पोटैशियम।

सभी धातुओं में कई गुण होते हैं जो उन्हें पदार्थों के एक बड़े समूह में संयोजित करने की अनुमति देते हैं। बदले में, इन गुणों को धातुओं की क्रिस्टलीय संरचना द्वारा सटीक रूप से समझाया गया है।

धातु गुण

विचाराधीन पदार्थों के विशिष्ट गुणों में निम्नलिखित शामिल हैं।

1. धातुई चमक। सभी प्रतिनिधि सरल पदार्थउनके पास है, और उनमें से अधिकांश समान हैं। केवल कुछ (सोना, तांबा, मिश्र धातु) अलग हैं।
2. लचीलापन और प्लास्टिसिटी - काफी आसानी से विकृत और ठीक होने की क्षमता। विभिन्न प्रतिनिधियों में इसे एक अलग हद तक व्यक्त किया जाता है।
3. विद्युत और तापीय चालकता मुख्य गुणों में से एक है जो धातु और उसके मिश्र धातुओं के दायरे को निर्धारित करता है।

धातुओं और मिश्र धातुओं की क्रिस्टलीय संरचना प्रत्येक संकेतित गुणों का कारण बताती है और प्रत्येक विशिष्ट प्रतिनिधि में उनकी गंभीरता की बात करती है। यदि आप ऐसी संरचना की विशेषताओं को जानते हैं, तो आप नमूने के गुणों को प्रभावित कर सकते हैं और इसे वांछित मापदंडों में समायोजित कर सकते हैं, जो लोग कई दशकों से करते आ रहे हैं।

धातुओं की परमाणु-क्रिस्टलीय संरचना

ऐसी संरचना क्या है, इसकी विशेषता क्या है? नाम से ही पता चलता है कि सभी धातुएँ ठोस अवस्था में क्रिस्टल होती हैं, यानी सामान्य परिस्थितियों में (पारा को छोड़कर, जो एक तरल है)। क्रिस्टल क्या है?

यह एक सशर्त ग्राफिक छवि है, जो शरीर को लाइन करने वाले परमाणुओं के माध्यम से काल्पनिक रेखाओं को पार करके बनाई गई है। दूसरे शब्दों में, प्रत्येक धातु परमाणुओं से बनी होती है। वे इसमें बेतरतीब ढंग से नहीं, बल्कि बहुत नियमित और लगातार स्थित हैं। इसलिए, यदि आप मानसिक रूप से इन सभी कणों को एक संरचना में मिलाते हैं, तो आपको सही के रूप में एक सुंदर छवि मिलती है ज्यामितीय शरीरकिसी भी रूप।

इसे धातु का क्रिस्टल जालक कहते हैं। यह बहुत जटिल और स्थानिक रूप से बड़ा है, इसलिए, सादगी के लिए, यह सब नहीं दिखाया गया है, बल्कि केवल एक हिस्सा, एक प्राथमिक सेल है। ऐसी कोशिकाओं का समूह, एक साथ लाया और परावर्तित होता है और क्रिस्टल जाली बनाता है। रसायन विज्ञान, भौतिकी और धातु विज्ञान ऐसे विज्ञान हैं जो ऐसी संरचनाओं की संरचनात्मक विशेषताओं का अध्ययन करते हैं।

समा परमाणुओं का एक समूह है जो एक दूसरे से एक निश्चित दूरी पर स्थित होते हैं और अपने चारों ओर अन्य कणों की एक निश्चित संख्या का समन्वय करते हैं। यह पैकिंग घनत्व, घटक संरचनाओं के बीच की दूरी और समन्वय संख्या की विशेषता है। सामान्य तौर पर, ये सभी पैरामीटर पूरे क्रिस्टल की विशेषता हैं, और इसलिए धातु द्वारा प्रदर्शित गुणों को दर्शाते हैं।

कई किस्में हैं। वे सभी एक विशेषता से एकजुट हैं - नोड्स में परमाणु होते हैं, और अंदर इलेक्ट्रॉन गैस का एक बादल होता है, जो क्रिस्टल के अंदर इलेक्ट्रॉनों की मुक्त गति से बनता है।

क्रिस्टल जाली के प्रकार

जाली की संरचना के लिए चौदह विकल्प आमतौर पर तीन मुख्य प्रकारों में संयुक्त होते हैं। वे निम्नलिखित हैं:

1. शरीर केंद्रित घन।
2. हेक्सागोनल क्लोज-पैक।
3. चेहरा केंद्रित घन।

धातुओं की क्रिस्टल संरचना का अध्ययन तभी किया गया जब छवियों के बड़े आवर्धन प्राप्त करना संभव हो गया। और जाली के प्रकारों का वर्गीकरण पहली बार फ्रांसीसी वैज्ञानिक ब्रावाइस द्वारा पेश किया गया था, जिनके नाम से उन्हें कभी-कभी कहा जाता है।

शरीर केंद्रित जाली

इस प्रकार की धातुओं के क्रिस्टल जालक की संरचना निम्नलिखित संरचना है। यह एक घन है, जिसके नोड्स पर आठ परमाणु होते हैं। एक अन्य मुक्त के केंद्र में स्थित है आंतरिक रिक्त स्थानकोशिकाएं, जो "शरीर-केंद्रित" नाम की व्याख्या करती हैं।

यह सबसे में से एक है सरल संरचनाप्राथमिक कोशिका, और इसलिए संपूर्ण जाली। निम्नलिखित धातुएँ इस प्रकार की होती हैं:

• मोलिब्डेनम;
• वैनेडियम;
• क्रोमियम;
• मैंगनीज;
• अल्फा लोहा;
• बीटा आयरन और अन्य।

ऐसे प्रतिनिधियों के मुख्य गुण हैं उच्च डिग्रीलचीलापन और लचीलापन, कठोरता और ताकत।

चेहरा केंद्रित जाली

एक फलक-केंद्रित घन जाली वाली धातुओं की क्रिस्टल संरचना निम्नलिखित संरचना है। यह एक घन है, जिसमें चौदह परमाणु होते हैं। उनमें से आठ जाली नोड्स बनाते हैं, और छह और प्रत्येक चेहरे पर एक स्थित होते हैं।

उनकी एक समान संरचना है:

• एल्यूमीनियम;
• निकल;
• प्रमुख;
• गामा लोहा;
• ताँबा।

मुख्य विशिष्ट गुण विभिन्न रंगों की चमक, हल्कापन, ताकत, लचीलापन, जंग के प्रतिरोध में वृद्धि हैं।

हेक्सागोनल जाली

जालीदार धातुओं की क्रिस्टल संरचना इस प्रकार है। प्राथमिक कोशिका एक षट्कोणीय प्रिज्म पर आधारित होती है। इसके नोड्स में 12 परमाणु होते हैं, दो और आधार पर और तीन परमाणु स्वतंत्र रूप से संरचना के केंद्र में अंतरिक्ष के अंदर स्थित होते हैं। केवल सत्रह परमाणु।

धातु जैसे:

• अल्फा टाइटेनियम;
• मैग्नीशियम;
• अल्फा कोबाल्ट;
• जस्ता।

मुख्य गुण उच्च स्तर की ताकत, एक मजबूत चांदी की चमक है।

धातुओं की क्रिस्टल संरचना में दोष

हालांकि, सभी प्रकार की कोशिकाओं में प्राकृतिक दोष या तथाकथित दोष भी हो सकते हैं। यह विभिन्न कारणों से हो सकता है: विदेशी परमाणु और धातुओं में अशुद्धियाँ, बाहरी प्रभाव आदि।

इसलिए, एक वर्गीकरण है जो क्रिस्टल जाली के दोषों को दर्शाता है। एक विज्ञान के रूप में रसायन विज्ञान उनमें से प्रत्येक का अध्ययन कारण और उपाय की पहचान करने के लिए करता है ताकि सामग्री के गुणों में बदलाव न हो। तो, दोष इस प्रकार हैं।

1. बिंदु। वे तीन मुख्य प्रकारों में आते हैं: रिक्तियां, अशुद्धियाँ, या अव्यवस्थित परमाणु। वे धातु के चुंबकीय गुणों, इसकी विद्युत और तापीय चालकता में गिरावट का कारण बनते हैं।
2. रैखिक, या अव्यवस्था। सीमांत और पेंच आवंटित करें। सामग्री की ताकत और गुणवत्ता को खराब करें।
3. सतह दोष। वे धातुओं की उपस्थिति और संरचना को प्रभावित करते हैं।

वर्तमान में, दोषों को दूर करने और शुद्ध क्रिस्टल प्राप्त करने के तरीकों का विकास किया गया है। हालांकि, उन्हें पूरी तरह से मिटाना संभव नहीं है, आदर्श क्रिस्टल जाली मौजूद नहीं है।

धातुओं की क्रिस्टल संरचना के बारे में ज्ञान का मूल्य

उपरोक्त सामग्री से, यह स्पष्ट है कि ठीक संरचना और संरचना का ज्ञान सामग्री के गुणों की भविष्यवाणी करना और उन्हें प्रभावित करना संभव बनाता है। और यह आपको रसायन विज्ञान का विज्ञान करने की अनुमति देता है। श्रेणी 9 माध्यमिक स्कूलसीखने की प्रक्रिया में, छात्रों को मौलिक तार्किक श्रृंखला के महत्व की स्पष्ट समझ देने पर जोर दिया जाता है: संरचना - संरचना - गुण - अनुप्रयोग।

धातुओं की क्रिस्टल संरचना के बारे में जानकारी बहुत स्पष्ट रूप से दर्शाती है और शिक्षक को बच्चों को स्पष्ट रूप से समझाने और दिखाने की अनुमति देती है कि सभी गुणों का सही और सक्षम रूप से उपयोग करने के लिए ठीक संरचना को जानना कितना महत्वपूर्ण है।

ठोस अवस्था में सभी धातुओं में क्रिस्टलीय संरचना होती है। एक ठोस धातु में परमाणु क्रमित होते हैं और क्रिस्टल जालक बनाते हैं (चित्र 1)।

चावल। 1. योजनाएं क्रिस्टल जाली: ए - शरीर केंद्रित घन; बी - चेहरा केंद्रित; सी - हेक्सागोनल क्लोज-पैक

क्रिस्टल सेलक्रिस्टल के सबसे छोटे आयतन का प्रतिनिधित्व करता है, जो धातु की परमाणु संरचना की पूरी तस्वीर देता है, और इसे यूनिट सेल कहा जाता है।

धातुओं को तीन प्रकार के क्रिस्टल जाली की विशेषता होती है: घन शरीर-केंद्रित (बीसीसी), जिसमें परमाणु इकाई कोशिका के शीर्ष पर स्थित होते हैं और एक इसके केंद्र में; फलक-केंद्रित घन (fcc), जिसमें परमाणु इकाई कोशिका के शीर्षों पर और उसके फलकों के केंद्रों पर स्थित होते हैं; हेक्सागोनल क्लोज-पैक (एचसीपी), जो एक हेक्सागोनल प्रिज्म है जिसमें परमाणुओं को तीन परतों में व्यवस्थित किया जाता है।

सामग्री के गुण क्रिस्टल जाली के प्रकार और इसकी विशेषता वाले मापदंडों पर निर्भर करते हैं:

1) अंतरपरमाण्विक दूरी, एंगस्ट्रॉम में मापा जाता है 1А°=10 -8 सेमी

2) पैकिंग घनत्व ( जाली का आधारप्रति यूनिट सेल में कणों की संख्या है)। घन सरल - बी 1, बीसीसी - बी 2, एफसीसी - बी 4, एचसीपी - बी 6।

3) समन्वय संख्या(केएन) - एक संदर्भ बिंदु के रूप में लिए गए परमाणु से समदूरस्थ और निकटतम दूरी पर स्थित परमाणुओं की अधिकतम संख्या। घन सरल - केएन = 6, बीसीसी - केएन = 8, एफसीसी - केएन = 12, एचपीयू - केएन = 12।

सामने वाले तल और विकर्ण तल की दिशा में परिभाषित भौतिक गुण अलग-अलग हैं - इस घटना को कहा जाता है असमदिग्वर्ती होने की दशा, यानी अलग-अलग दिशाओं में असमान गुण। सभी धातु सामग्री में यह गुण होता है। अनाकार निकायों में संपत्ति होती है आइसोट्रॉपी, अर्थात। सभी दिशाओं में समान गुण रखते हैं।

क्रिस्टल जाली में विभिन्न संरचनात्मक खामियां हो सकती हैं जो सामग्री के गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बदल देती हैं। एक वास्तविक एकल क्रिस्टल में हमेशा एक मुक्त (बाहरी) सतह होती है, जिस पर पहले से ही सतह तनाव के कारण जाली विकृत हो जाती है।

दोष के आंतरिक ढांचाबिंदु, रैखिक और तलीय में विभाजित।

बिंदु दोषों में रिक्तियां शामिल हैं (जब क्रिस्टल जाली के अलग-अलग स्थलों पर परमाणुओं का कब्जा नहीं होता है); अव्यवस्थित परमाणु (यदि अलग-अलग परमाणु अंतराल में हों) या अशुद्धता परमाणु, जिनकी संख्या शुद्ध धातुओं में भी बहुत अधिक है। ऐसे दोषों के पास, जाली एक या दो अवधियों (चित्र 2a) की दूरी पर प्रत्यास्थ रूप से विकृत हो जाएगी।

चावल। 2. क्रिस्टल जाली में दोष: एक बिंदु; बी - रैखिक; ग - तलीय

रैखिक दोष दो आयामों में छोटे होते हैं और तीसरे में काफी बड़े होते हैं। इस तरह के दोषों में परमाणु विमानों का विस्थापन या विस्थापन और रिक्तियों की श्रृंखला (चित्र। 2 बी) शामिल हैं। इस तरह के दोषों की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति क्रिस्टल के अंदर उनकी गतिशीलता और एक दूसरे के साथ और अन्य दोषों के साथ सक्रिय बातचीत है।

किसी पदार्थ के क्रिस्टल जालक में परिवर्तन बाहरी कारकों, अर्थात् तापमान और दबाव के प्रभाव में संभव है। अलग-अलग तापमान रेंज में ठोस अवस्था में कुछ धातुएं अलग-अलग क्रिस्टल जाली प्राप्त करती हैं, जिससे हमेशा उनके भौतिक-रासायनिक गुणों में परिवर्तन होता है।

एक ही धातु के कई क्रिस्टलीय रूपों में अस्तित्व को कहा जाता है बहुरूपता. जिस तापमान पर क्रिस्टल जाली में परिवर्तन होता है उसे बहुरूपी परिवर्तन का तापमान कहा जाता है। सभी गर्मी उपचार प्रक्रियाएं इस घटना पर आधारित हैं। पॉलिमॉर्फिक संशोधनों को ग्रीक अक्षरों (ए, बी, जी और अन्य, जो तत्व प्रतीक के सूचकांक के रूप में जोड़ा जाता है) द्वारा दर्शाया जाता है।

आणविक क्रिस्टल। किसी पदार्थ के तटस्थ अणु क्रिस्टल जाली के नोड्स पर स्थित होते हैं, जिसके बीच परस्पर क्रिया बल इलेक्ट्रॉनों के थोड़े से पारस्परिक विस्थापन के कारण होते हैं इलेक्ट्रॉनिक गोलेपरमाणु। इन बलों को वैन डेर वाल्स बल कहा जाता है, क्योंकि वे अणुओं के बीच आकर्षण बल के समान प्रकृति के होते हैं, जिससे आदर्शता से गैसों का विचलन होता है। उदाहरण के लिए, आणविक क्रिस्टल हैं, अधिकांश कार्बनिक यौगिक(पैराफिन, अल्कोहल, रबर, आदि), अक्रिय गैसें (Ne, Ar, Kg, Xe) और CO2 गैसें, ओह 2,ठोस अवस्था में N2, बर्फ, साथ ही ब्रोमीन के क्रिस्टल Br 2 , आयोडीन 1 2 । वैन डेर वाल्स बल कमजोर होते हैं, इसलिए आणविक क्रिस्टल आसानी से विकृत हो जाते हैं।

कुछ में ठोसएक साथ कई प्रकार के संचार किए जा सकते हैं। एक उदाहरण ग्रेफाइट (हेक्सागोनल जाली) है। ग्रेफाइट जाली (चित्र। 105) में समानांतर विमानों की एक श्रृंखला होती है जिसमें कार्बन परमाणु शिखर पर स्थित होते हैं नियमित षट्भुज. समतलों के बीच की दूरी षट्भुज के परमाणुओं के बीच की दूरी के दोगुने से अधिक है। समतल परतें वैन डेर वाल्स बलों द्वारा एक दूसरे से जुड़ी होती हैं। परत के भीतर, प्रत्येक कार्बन परमाणु के तीन संयोजकता इलेक्ट्रॉन बनते हैं सहसंयोजक बंधनपड़ोसी कार्बन परमाणुओं के साथ, और चौथा इलेक्ट्रॉन, शेष "मुक्त", सामूहिक है, लेकिन पूरे जाली में नहीं, जैसा कि धातुओं के मामले में होता है, लेकिन एक परत के भीतर। इस प्रकार, इस मामले में, तीन प्रकार के संचार किए जाते हैं: होमोपोलर और धात्विक - एक ही परत के भीतर; वैन डेर वाल्स - परतों के बीच। यह ग्रेफाइट की कोमलता की व्याख्या करता है, क्योंकि इसके हाथी एक दूसरे के सापेक्ष सरक सकते हैं।

दो प्रकार के कार्बन - ग्रेफाइट और हीरे के क्रिस्टल जाली की संरचना में अंतर - उनके अंतर को बताता है भौतिक गुण: ग्रेफाइट की कोमलता और हीरे की कठोरता; ग्रेफाइट विद्युत का सुचालक है, हीरा एक ढांकता हुआ है (कोई मुक्त इलेक्ट्रॉन नहीं), आदि।

क्रिस्टल में परमाणुओं की व्यवस्था भी एक समन्वय संख्या की विशेषता है - क्रिस्टल जाली में दिए गए परमाणु या आणविक क्रिस्टल में अणुओं के साथ एक ही प्रकार के निकटतम पड़ोसी परमाणुओं की संख्या। एक मॉडल छवि के लिए

परमाणुओं और आयनों से क्रिस्टल संरचनाओं का निर्माण गोले के घने पैकिंग की एक प्रणाली का उपयोग करता है। समतल पर समान त्रिज्या की गेंदों की सघन पैकिंग की सरलतम स्थिति को ध्यान में रखते हुए, हम उन्हें व्यवस्थित करने के दो तरीकों पर पहुँचते हैं (चित्र 106, ए, बी)।सही पैकिंग सघन है, क्योंकि समान संख्या में गेंदों के साथ, एक समचतुर्भुज का क्षेत्रफल है बराबर पक्षवर्ग, कम क्षेत्रवर्ग। जैसा कि आंकड़े से देखा जा सकता है, पैकेज में अंतर समन्वय संख्या में अंतर तक कम हो जाता है: बाएं पैकेज में, समन्वय संख्या 4 है, दाईं ओर - बी, टी। पैकिंग जितनी सघन होगी, समन्वय संख्या उतनी ही अधिक होगी।

आइए विचार करें कि किन परिस्थितियों में अंतरिक्ष में गोले की सघन पैकिंग पहले दी गई एक या किसी अन्य क्रिस्टल संरचना के अनुरूप हो सकती है। आइए अंजीर में दिखाई गई गेंदों की परत से जाली का निर्माण शुरू करें। 106 6. आगे के तर्क को सरल बनाने के लिए, हम गेंदों के केंद्रों को उस तल पर प्रक्षेपित करते हैं जिस पर वे झूठ बोलते हैं, उन्हें सफेद वृत्तों के साथ दर्शाते हैं (चित्र 107)। उसी तल पर, हम गेंदों के बीच अंतराल के केंद्रों को प्रोजेक्ट करते हैं, जो अंजीर में दर्शाए गए हैं। 107, क्रमशः, काले घेरे और क्रॉस के साथ। किसी भी बंद-पैक परत को परत कहा जाएगा क्या हो अगरइसकी गेंदों के केंद्र ग्रे सर्कल के ऊपर स्थित होते हैं, एक परत पर- अगर लाल घेरे के ऊपर, परत से- अगर ऊपर से पार हो जाता है। ऊपर की परत लेकिनहम दूसरी बंद-पैक परत बिछाते हैं ताकि इस परत की प्रत्येक गेंद पहली परत की तीन गेंदों पर पड़े। यह दो तरह से किया जा सकता है: इसे दूसरी परत के रूप में लें, या पर,या से।तीसरी परत "दो तरीकों से फिर से ढेर की जा सकती है, और इसी तरह। इसलिए, करीबी पैकिंग को अनुक्रम के रूप में वर्णित किया जा सकता है अबवास...,जिसमें समान अक्षरों से चिह्नित परतें अगल-बगल खड़ी नहीं हो सकतीं।

क्रिस्टलोग्राफी में कई संभावित संयोजनों में से, दो प्रकार की पैकेजिंग का वास्तविक महत्व है: 1) दो-परत पैकेजिंग अबाबाब...- हेक्सागोनल क्लोज-पैक संरचना (चित्र। 108); 2) तीन-परत पैकेजिंग एबीसी ...- घन फलक-केंद्रित संरचना (चित्र। 109)। दोनों जाली में, समन्वय संख्या 12 है और पैकिंग घनत्व समान है - परमाणु क्रिस्टल के कुल आयतन का 74% हिस्सा लेते हैं। घन शरीर-केंद्रित जाली के अनुरूप समन्वय संख्या 8 है, हीरे की जाली (चित्र 104 देखें) 4 है।

दो- और तीन-परत पैकेजों के अलावा, समान परतों की लंबी पुनरावृत्ति अवधि के साथ बहुपरत पैकेज बनाना संभव है, उदाहरण के लिए अवस्वासवस्वास...- छह-परत पैकेजिंग। 6, 15 और 243 परतों की पुनरावृत्ति अवधि के साथ SiC कार्बाइड का एक संशोधन है।

यदि विभिन्न तत्वों के परमाणुओं से एक क्रिस्टल बनाया जाता है, तो इसे विभिन्न आकारों की गेंदों की घनी पैकिंग के रूप में दर्शाया जा सकता है। अंजीर पर। 110 एक नमक क्रिस्टल की एक मॉडल छवि दिखाता है। बड़े क्लोरीन आयन (r = 181 pm) घनी तीन-परत पैकिंग बनाते हैं, जिसमें बड़े रिक्त स्थान छोटे से भरे जाते हैं।

सोडियम आयनों के साथ आकार (r = 98 pm)। प्रत्येक Na आयन छह O आयनों से घिरा होता है और, इसके विपरीत, प्रत्येक C1 आयन छह Na आयनों से घिरा होता है।

क्रिस्टल में दोष

71 में मानी जाने वाली आदर्श क्रिस्टल संरचनाएं केवल वास्तविक क्रिस्टल की बहुत छोटी मात्रा में मौजूद होती हैं, जिसमें जाली वाले स्थानों पर कणों की क्रमबद्ध व्यवस्था से हमेशा विचलन होता है, जिसे जाली दोष कहा जाता है। दोषों को मैक्रोस्कोपिक में विभाजित किया जाता है, जो क्रिस्टल के गठन और विकास की प्रक्रिया में उत्पन्न होते हैं (उदाहरण के लिए, दरारें, छिद्र, विदेशी मैक्रोस्कोपिक समावेशन), और मैक्रोस्कोपिक, आवधिकता से सूक्ष्म विचलन के कारण।

सूक्ष्म दोषों को बिंदु और रैखिक में विभाजित किया गया है। बिंदु दोष तीन प्रकार के होते हैं: 1) रिक्ति - क्रिस्टल जाली के स्थल पर एक परमाणु की अनुपस्थिति (चित्र। 111, एक); 2) अंतरालीय परमाणु - परमाणु; इंटरस्टीशियल स्पेस में एम्बेडेड (चित्र। 111, 6); 3) अशुद्धता परमाणु - एक अशुद्धता परमाणु, या क्रिस्टल जाली में मुख्य पदार्थ का एक प्रतिस्थापन परमाणु (प्रतिस्थापनात्मक अशुद्धता, चित्र 111, में),या इंटरस्टीशियल स्पेस में एम्बेडेड (परिचय का मिश्रण, चित्र 111, बी;केवल अन्तरालों में, मुख्य पदार्थ के परमाणु के स्थान पर अशुद्धता परमाणु होता है)। बिंदु दोष क्रिस्टल में केवल लघु-श्रेणी के क्रम का उल्लंघन करते हैं, लंबी दूरी के क्रम को प्रभावित किए बिना - यह उनकी विशेषता विशेषता है।

रैखिक दोष लंबी दूरी के क्रम को बाधित करते हैं। प्रयोगों के अनुसार, क्रिस्टल के यांत्रिक गुणों को बड़े पैमाने पर एक विशेष प्रकार के दोषों द्वारा निर्धारित किया जाता है - अव्यवस्था। अव्यवस्थाएं रैखिक दोष हैं जो परमाणु विमानों के सही विकल्प को बाधित करते हैं।

अव्यवस्थाएं किनारे और पेंच हैं। यदि क्रिस्टल के अंदर परमाणु तलों में से एक टूट जाता है, तो इस तल का किनारा एक किनारे की अव्यवस्था बनाता है (चित्र। 112,) एक)।एक पेंच अव्यवस्था (चित्र। 112, बी) के मामले में, क्रिस्टल के अंदर कोई भी परमाणु विमान नहीं टूटता है, और विमान केवल लगभग समानांतर और एक दूसरे के करीब होते हैं, ताकि वास्तव में, क्रिस्टल में एक हो परमाणु विमान, पेचदार सतह के साथ घुमावदार।

पूर्ण एकल क्रिस्टल के लिए विस्थापन घनत्व (क्रिस्टल सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में अव्यवस्थाओं की संख्या) 10 2 -10 3 सेमी -2 है, विकृत क्रिस्टल के लिए - 10 10 -10 12 सेमी - 2 . अव्यवस्थाएं कभी टूटती नहीं हैं, वे या तो सतह या शाखा पर आती हैं, इसलिए वास्तविक क्रिस्टल में अव्यवस्थाओं के सपाट या स्थानिक नेटवर्क बनते हैं। अव्यवस्थाओं और उनके आंदोलन को एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके, साथ ही चयनात्मक नक़्क़ाशी की विधि द्वारा देखा जा सकता है - उन जगहों पर जहां अव्यवस्थाएं सतह पर आती हैं, नक़्क़ाशीदार गड्ढे दिखाई देते हैं (अभिकर्मक की कार्रवाई के तहत क्रिस्टल का गहन विनाश), जो अव्यवस्थाओं को "प्रकट" करता है।

धातुओं का अध्ययन के अनुसार आवधिक प्रणालीमेंडेलीव के तत्वों से पता चलता है कि, एमएन और एचजी के अपवाद के साथ, उपसमूह ए के तत्व, संक्रमण धातुओं और सबसे दुर्लभ पृथ्वी तत्वों सहित, साथ ही उपसमूह आईबी और आईआईबी की धातुएं और समूह IIIB के कुछ तत्व, अल सहित, एक बनाते हैं। निम्नलिखित विशिष्ट धातु संरचनाओं में से:

ए 1 - क्यूबिक फेस-केंद्रित जाली (एफसीसी)

घन चेहरा केंद्रित जालीनिम्नलिखित धातुओं में है: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt, आदि।

एक घन फलक-केंद्रित जालक में, परमाणु एकक कोष्ठिका के शीर्षों पर तथा इसके फलकों के केन्द्रों पर स्थित होते हैं (चित्र 1.5)।

इस जाली में प्रत्येक परमाणु 12 निकटतम पड़ोसियों से घिरा हुआ है जो बराबर दूरी पर स्थित हैं = 0.707×a, कहाँ पे एक- प्राथमिक कोशिका किनारा। निकटतम पड़ोसियों की संख्या 12 के बराबर क्रिस्टल जाली की समन्वय संख्या कहलाती है। इन निकटतम परमाणुओं के अलावा, क्रिस्टल जाली में 6 परमाणु होते हैं, जो बहुत अधिक दूरी पर, बराबर होते हैं एक.

माना क्रिस्टल जाली में दो प्रकार के रिक्त स्थान होते हैं (अंतराल, जिसमें मिश्र धातुओं में अन्य तत्वों के छोटे परमाणु स्थित हो सकते हैं) अंतरालीय ठोस समाधान बनाते हैं।

सबसे बड़े इंटर्नोड्स या वॉयड्स क्यूब के केंद्र में और इसके किनारों के बीच में होते हैं। इनमें से प्रत्येक रिक्तिका fcc जालक के छह परमाणुओं से घिरी होती है, जो एक नियमित अष्टफलक के शीर्षों पर स्थित होती है। इस संबंध में, उन्हें अष्टफलकीय रिक्तिकाएँ कहा जाता है (चित्र 1.5, बी) फलक-केंद्रित घन जालक में विभिन्न तत्वों की ऐसी स्थिति NaCl जालक में Na और Cl परमाणुओं द्वारा व्याप्त है। g-Fe जाली में कार्बन द्वारा समान पदों पर कब्जा कर लिया जाता है।

fcc जाली में इन रिक्तियों के अलावा, छोटे रिक्त स्थान होते हैं, जिन्हें चतुष्फलकीय कहा जाता है, इस तथ्य के कारण कि वे 4 परमाणुओं से घिरे होते हैं। fcc जालक में कुल मिलाकर 8 चतुष्फलकीय रिक्तियाँ होती हैं (चित्र 1.5, में).

टेट्राहेड्रल और अष्टफलकीय रिक्तियों के आयामों को महसूस किया जा सकता है यदि हम यह मान लें कि जाली एक दूसरे के संपर्क में, त्रिज्या r की कठोर गेंदों से बनी है; इस मामले में, अष्टफलकीय और चतुष्फलकीय रिक्तियों के लिए क्रमशः 0.41 r और 0.225 r की त्रिज्या वाले गोले मौजूदा अंतराल में रखे जा सकते हैं।

चेहरे-केंद्रित घन की संरचना में सबसे घनी पैक वाले विमान चित्र में दिखाए गए विमान हैं। उन्हें चिन्ह, प्रतीक(111) (चित्र 1.5., जी).

शरीर-केंद्रित घन जालीऔर 2 (bcc) में धातुएँ होती हैं - Fe, क्रोमियम, टंगस्टन, मोलिब्डेनम, वैनेडियम, सोडियम, लिथियम और अन्य। संरचना ए 2 कम सघनता से भरी हुई है।

बीसीसी जाली में परमाणु शीर्षों पर और इकाई कोशिका के केंद्र में स्थित होते हैं (चित्र 1.6)।

इस कोशिका के प्रत्येक परमाणु में 8 निकटतम पड़ोसी होते हैं जो कि कुछ दूरी पर स्थित होते हैं, एकघन के किनारे की लंबाई है। इसलिए, जालक की समन्वय संख्या 8 है। कभी-कभी इसे (8 + 6) निरूपित किया जाता है, क्योंकि अगले सबसे दूर के परमाणु a की दूरी पर स्थित हैं, उनकी संख्या 6 है।

Bcc संरचना में भी 2 प्रकार के voids होते हैं। बड़े वाले घन के फलकों पर स्थान रखते हैं (चित्र 1.6, में) वे टेट्राहेड्रोन के शीर्षों पर स्थित 4 परमाणुओं से घिरे होते हैं, जिनके किनारे जोड़ीदार समान होते हैं। एक अनियमित अष्टफलक के शीर्षों पर स्थित 6 परमाणुओं से घिरी छोटी-छोटी रिक्तियाँ कोशिका के किनारों और फलकों के मध्य में स्थित होती हैं (चित्र 1.6)। जी) यदि bcc जालक संरचना का निर्माण कठोर गेंदों से किया जाता है, तो 0.292 r के त्रिज्या वाले गोले चतुष्फलकीय रिक्तियों में और 0.154 r अष्टफलकीय रिक्तियों में रखे जा सकते हैं।

इस तरह, अधिकतम आकारएक अधिक घनी पैक वाली fcc जाली के रिक्त स्थान में रखा जा सकने वाला गोला bcc जाली की तुलना में बड़ा होता है।

बीसीसी जाली के अष्टफलकीय छिद्र में अन्य परमाणुओं के प्रवेश से घन के किनारे के समानांतर दिशा में दो परमाणुओं का विस्थापन होता है, जिससे इस दिशा में जाली का विस्तार होता है। मार्टेंसाइट की संरचना में, जहां कार्बन परमाणुओं को केवल सी अक्ष के समानांतर किनारों पर स्थित अष्टफलकीय रिक्तियों में पेश किया जाता है और इस अक्ष के लंबवत चेहरों के केंद्रों में, इससे ए-फ़े जाली का टेट्रागोनल विरूपण होता है।

सबसे घनी पैक्ड बीसीसी विमान (110) परिवार के 12 विमान हैं (चित्र 1.6)। बी) इन तलों में 2 दिशाएँ होती हैं जिनमें कठोर गेंदें स्पर्श कर सकती हैं।

हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली A 3 (hcp) Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr जैसी धातुओं के पास है।

हेक्सागोनल चलनी अलग-अलग परतों से बनाई गई है, और इस तरह से कि किसी भी परत के प्रत्येक परमाणु एक ही परत से संबंधित समान दूरी पर स्थित 6 पड़ोसियों से घिरा हुआ है, और इसके अलावा, ऊपर स्थित परतों में तीन निकटतम पड़ोसी हैं और इस परत के नीचे (चित्र 1.7)।

हेक्सागोनल परतों में परमाणुओं के बीच की दूरी को द्वारा दर्शाया जाता है एक, सेल ऊंचाई s में। आसन्न परतों में स्थित छह निकटतम पड़ोसी भी दूरी पर होंगे, और इस परमाणु से, यदि कुल्हाड़ियों का अनुपात एस/एहै, तो ऐसी संरचना को एक आदर्श क्लोज-पैक संरचना कहा जाता है। इसके अलावा, इस मामले में और साथ ही fcc जाली में समन्वय संख्या 12 है।

हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली वाली अधिकांश धातुओं में अक्ष अनुपात होता है एस/ए= 1.56 - 1.63। अपवाद Zn और Cd (1.86; 1.89) हैं। यह इस तथ्य के कारण है कि Zn और Cd परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन बादलों में गोलाकार समरूपता नहीं होती है और C अक्ष के साथ लम्बी होती हैं। हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली में, साथ ही fcc में, 2 प्रकार के voids होते हैं: अष्टफलकीय और चतुष्फलकीय (चित्र 1.7, बी).

इन रिक्तियों में रखे जा सकने वाले कठोर गोलों के व्यास 0.41 r और 0.225 r हैं, साथ ही fcc के लिए भी।

एफसीसी जाली (111) के क्लोज-पैक विमानों के निर्माण को देखने के लिए पर्याप्त है (चित्र 1.8, एक) इन दो जालकों में परमाणुओं के निर्माण में एक पूर्ण सादृश्य खोजने के लिए। इन झंझरी के बीच का अंतर परतों का प्रत्यावर्तन है। यदि षट्कोणीय जालक में ABAB आदि परतों का प्रत्यावर्तन होता है, तो fcc जालक में: ABCABC (चित्र 1.8, बी), अर्थात। यह क्लोज-पैक्ड परत की तीसरी संभावित स्थिति का उपयोग करता है।

इन दो जाली के बीच ऊर्जा अनुपात में अंतर महत्वहीन है और इसके संबंध में, प्लास्टिक विरूपण के दौरान वैकल्पिक परतों के अनुक्रम को आसानी से परेशान किया जा सकता है, साथ ही इसके विकास के दौरान क्रिस्टल दोषों की उपस्थिति के परिणामस्वरूप, इसलिए - स्टैकिंग दोष कहा जाता है।

इस प्रकार, एचसीपी और एफसीसी जाली के निर्माण में स्पष्ट अंतर बिल्कुल भी बड़ा नहीं है (चित्र 1.8)।

हीरा, सिलिकॉन, जर्मेनियम, a - टिन (ग्रे) के रूप में कार्बन का दोहरा घन . होता है जाली प्रकार का हीरा(चित्र 1.9)। यह आठ चतुष्फलकीय रिक्तियों में से चार में चार अतिरिक्त परमाणुओं की उपस्थिति से fcc जाली से भिन्न होता है। नतीजतन, संरचना ढीली है।

प्रत्येक हीरे का परमाणु एक नियमित चतुष्फलक के कोनों पर स्थित केवल चार निकटतम पड़ोसियों से घिरा होता है। ऐसी संरचना की समन्वय संख्या 4 होती है।

जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, अलग-अलग तापमान पर एक ही धातु में अलग-अलग क्रिस्टल संरचनाएं हो सकती हैं, जो कि उनके आवंटन के कारण होती है।

एक एलोट्रोपिक (बहुरूपी) परिवर्तन एक क्रिस्टलीय शरीर के स्थानिक जाली में परिवर्तन है।

एलोट्रोपिक परिवर्तनों के उदाहरण के रूप में, कोई निम्न-तापमान एलोट्रोपिक रूप के परिवर्तन का हवाला दे सकता है - एक शरीर-केंद्रित क्यूबिक जाली के साथ उच्च-तापमान के रूप में जी - Fe एक चेहरा-केंद्रित क्यूबिक जाली के साथ, 910 के तापमान पर ° C और 1392 ° C g - Fe में d - Fe के तापमान पर शरीर-केंद्रित क्यूबिक जाली के साथ - Fe के समान परिवर्तन। इसी तरह के परिवर्तन टाइटेनियम, जिरकोनियम आदि में देखे जा सकते हैं। टाइटेनियम और ज़िरकोनियम में, निम्न-तापमान एलोट्रोपिक रूप एक - Ti, a - Zr है जिसमें एक हेक्सागोनल क्लोज-पैक जाली है। टाइटेनियम के लिए 882°C से ऊपर और ज़िरकोनियम के लिए 862°C से ऊपर के तापमान पर, b-Ti और b-Zr बनते हैं, जिनमें एक शरीर-केंद्रित जाली होती है।

जैसा कि आपने देखा है, अपरूप परिवर्तन वह है परमाण्विक संरचनागर्म और ठंडा होने पर क्रिस्टलीय शरीर बदल जाता है। क्रिस्टल जाली के पुनर्व्यवस्था की प्रक्रिया एक स्थिर तापमान पर समतापी रूप से होती है, एलोट्रोपिक परिवर्तनों से गुजरने वाले मिश्र धातु का शीतलन वक्र तरल धातु के जमने के दौरान देखे गए वक्र के समान होता है। संक्रमण तापमान को परिवर्तन का महत्वपूर्ण बिंदु कहा जाता है। एक तापमान (टी 0) पर दो एलोट्रोपिक किस्मों का एक चरण संतुलन देखा जाता है।

इसी तरह क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया में, एलोट्रोपिक परिवर्तन हीटिंग के दौरान गर्मी के अवशोषण और शीतलन के दौरान इसकी रिहाई के साथ होता है। एलोट्रोपिक परिवर्तन (क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया के अनुरूप भी) नाभिक के गठन और उनके बाद के विकास के माध्यम से होता है, और इसलिए यह हमेशा सुपरकूलिंग (ठंडा करने के दौरान) और गर्म होने पर अति ताप की उपस्थिति के साथ आगे बढ़ता है।

मुक्त ऊर्जा को कम करने के लिए सिस्टम की इच्छा के संबंध में, एलोट्रोपिक परिवर्तन होता है, साथ ही क्रिस्टलीकरण की प्रक्रिया भी होती है।