Jedan od najčešćih materijala s kojim su ljudi uvijek radije radili bio je metal. U svakoj se eri prednost davala različitim vrstama istih nevjerojatne tvari. Dakle, IV-III tisućljeća prije Krista smatraju se dobom kalkolita, odnosno bakra. Kasnije je zamjenjuje bronca, a tada na snagu stupa ona koja je i danas aktualna - željezo.

Danas je općenito teško zamisliti da je nekoć bilo moguće bez metalnih proizvoda, jer se gotovo sve, od predmeta za kućanstvo, medicinskih instrumenata i završava s teškom i laganom opremom, sastoji od ovog materijala ili uključuje odvojene dijelove od njega. Zašto su metali uspjeli steći takvu popularnost? Koje su značajke i kako je to svojstveno njihovoj strukturi, pokušajmo to dalje shvatiti.

Opći pojam metala

"Kemija. 9. razred" je udžbenik koji koriste školarci. U njemu se detaljno proučavaju metali. S obzirom na njihovu fizičku i kemijska svojstva dodijeljeno je veliko poglavlje, jer je njihova raznolikost iznimno velika.

Već od ove dobi preporuča se djeci dati ideju o tim atomima i njihovim svojstvima, jer adolescenti već mogu u potpunosti cijeniti vrijednost takvog znanja. Oni savršeno vide da se raznolikost predmeta, strojeva i drugih stvari koje ih okružuju temelji samo na metalnoj prirodi.

Što je metal? S gledišta kemije, uobičajeno je da se ovim atomima nazivaju oni koji imaju:

• mali na vanjskoj razini;
• pokazuju snažna obnavljajuća svojstva;
• imaju veliki atomski radijus;
• kako jednostavne tvari imaju niz specifičnih fizikalnih svojstava.

Osnova znanja o ovim tvarima može se dobiti razmatranjem atomsko-kristalne strukture metala. Objašnjava sve karakteristike i svojstva ovih spojeva.

U periodnom sustavu većina cijele tablice je namijenjena metalima, jer oni tvore sve sekundarne podskupine i glavne od prve do treće skupine. Stoga je njihova brojčana nadmoć očita. Najčešći su:

• kalcij;
• natrij;
• titanij;
• željezo;
• magnezij;
• aluminij;
• kalij.

Svi metali imaju niz svojstava koja im omogućuju spajanje u jednu veliku skupinu tvari. Zauzvrat, ova svojstva se objašnjavaju upravo kristalnom strukturom metala.

Svojstva metala

Specifična svojstva tvari koje se razmatraju uključuju sljedeće.

1. Metalni sjaj. Svi predstavnici jednostavne tvari posjeduju, a većina ih je ista, samo su neke (zlato, bakar, legure) različite.
2. Savitljivost i plastičnost - sposobnost deformiranja i lakog oporavka. Kod različitih predstavnika izražena je u različitoj mjeri.
3. Električna i toplinska vodljivost jedno je od glavnih svojstava koja određuju opseg metala i njegovih legura.

Kristalna struktura metala i legura objašnjava razlog svakog od navedenih svojstava i govori o njihovoj težini kod svakog pojedinog predstavnika. Ako znate značajke takve strukture, tada možete utjecati na svojstva uzorka i prilagoditi ga željenim parametrima, što ljudi rade već desetljećima.

Atomsko-kristalna struktura metala

Što je takva struktura, što je karakterizira? Sam naziv sugerira da su svi metali kristali u čvrstom stanju, odnosno u normalnim uvjetima (osim žive, koja je tekućina). Što je kristal?

Ovo je konvencionalna grafička slika konstruirana križanjem zamišljenih linija kroz atome koji poredaju tijelo. Drugim riječima, svaki metal se sastoji od atoma. U njoj se ne nalaze nasumično, već vrlo redovito i dosljedno. Dakle, ako mentalno kombinirate sve te čestice u jednu strukturu, dobit ćete prekrasnu sliku u obliku ispravnog geometrijsko tijelo bilo koji oblik.

To se naziva kristalna rešetka metala. Vrlo je složena i prostorno voluminozna, stoga radi jednostavnosti nije prikazana cijela, već samo dio, elementarna ćelija. Skup takvih stanica, spojen i reflektiran u obliku kristalne rešetke. Kemija, fizika i znanost o metalima su znanosti koje proučavaju strukturne značajke takvih struktura.

Sama je skup atoma koji se nalaze na određenoj udaljenosti jedni od drugih i koordiniraju oko sebe strogo fiksan broj drugih čestica. Karakterizira ga gustoća pakiranja, udaljenost između sastavnih struktura i koordinacijski broj. Općenito, svi ovi parametri su karakteristika cijelog kristala i stoga odražavaju svojstva koja metal pokazuje.

Postoji nekoliko varijanti.Sve ih ujedinjuje jedna značajka - u čvorovima se nalaze atomi, a unutra je oblak elektronskog plina, koji nastaje slobodnim kretanjem elektrona unutar kristala.

Vrste kristalnih rešetki

Četrnaest opcija za strukturu rešetke obično se kombiniraju u tri glavne vrste. Oni su sljedeći:

1. Kubik u središtu tijela.
2. Heksagonalni zbijeni.
3. Lice centrirani kubik.

Kristalna struktura metala proučavana je tek kada je postalo moguće dobiti velika povećanja slika. A klasifikaciju vrsta rešetki prvi je uveo francuski znanstvenik Bravais, čijim se imenom ponekad nazivaju.

Rešetka u središtu tijela

Struktura kristalne rešetke metala ove vrste je sljedeća struktura. Ovo je kocka u čijim se čvorovima nalazi osam atoma. Još jedan se nalazi u središtu slobodnog unutarnji prostor stanica, što objašnjava naziv "tijelesno usmjerene".

Ovo je jedan od naj jednostavna struktura elementarne ćelije, a time i cijele rešetke u cjelini. Sljedeći metali su ove vrste:

• molibden;
• vanadij;
• krom;
• mangan;
• alfa željezo;
• beta željezo i drugi.

Glavna svojstva takvih predstavnika su visoki stupanj savitljivost i duktilnost, tvrdoća i čvrstoća.

face centered lattice

Kristalna struktura metala s čelično centriranom kubičnom rešetkom je sljedeća struktura. Ovo je kocka koja uključuje četrnaest atoma. Osam od njih formira rešetkaste čvorove, a još šest se nalazi po jedan na svakoj strani.

Imaju sličnu strukturu:

• aluminij;
• nikal;
• voditi;
• gama željezo;
• bakar.

Glavna svojstva razlikovanja su sjaj različitih boja, lakoća, čvrstoća, savitljivost, povećana otpornost na koroziju.

Heksagonalna rešetka

Kristalna struktura metala s rešetkama je sljedeća. Elementarna ćelija temelji se na heksagonalnoj prizmi. U njezinim čvorovima nalazi se 12 atoma, još dva u bazama, a tri atoma slobodno leže unutar prostora u središtu strukture. Samo sedamnaest atoma.

Metali kao što su:

• alfa titan;
• magnezij;
• alfa kobalt;
• cinkov.

Glavna svojstva su visok stupanj čvrstoće, jak srebrnasti sjaj.

Defekti u kristalnoj strukturi metala

Međutim, sve razmatrane vrste stanica mogu imati i prirodne nedostatke, odnosno defekte tzv. To može biti zbog raznih razloga: stranih atoma i nečistoća u metalima, vanjskih utjecaja i tako dalje.

Stoga postoji klasifikacija koja odražava nedostatke koje mogu imati kristalne rešetke. Kemija kao znanost proučava svaki od njih kako bi otkrila uzrok i lijek kako se svojstva materijala ne bi promijenila. Dakle, nedostaci su sljedeći.

1. Točka. Dolaze u tri glavne vrste: praznine, nečistoće ili dislocirani atomi. Oni dovode do pogoršanja magnetskih svojstava metala, njegove električne i toplinske vodljivosti.
2. Linearni ili dislokacijski. Dodijelite rubni i vijak. Pogoršanje čvrstoće i kvalitete materijala.
3. površinski nedostaci. Utječu na izgled i strukturu metala.

Trenutno su razvijene metode za uklanjanje nedostataka i dobivanje čistih kristala. Međutim, nije ih moguće potpuno iskorijeniti; idealna kristalna rešetka ne postoji.

Vrijednost znanja o kristalnoj strukturi metala

Iz navedenog materijala vidljivo je da poznavanje fine strukture i strukture omogućuje predviđanje svojstava materijala i utjecaj na njih. A ovo vam omogućuje da se bavite znanošću kemije. 9. razred Srednja škola u procesu učenja naglasak je na tome da učenici jasno shvate važnost temeljnog logičkog lanca: sastav – struktura – svojstva – primjena.

Informacije o kristalnoj strukturi metala vrlo jasno ilustriraju i omogućuju učitelju da jasno objasni i pokaže djeci koliko je važno poznavati finu strukturu kako bi pravilno i kompetentno koristili sva svojstva.

Svi metali u čvrstom stanju imaju kristalnu strukturu. Atomi u čvrstom metalu su poredani i tvore kristalne rešetke (slika 1).

Riža. 1. Sheme kristalne rešetke: a – tjelesnocentrirani kubik; b - usmjereno na lice; c - šesterokutni tijesno pakirani

Kristalna ćelija predstavlja najmanji volumen kristala, koji daje potpunu sliku atomske strukture metala, a naziva se jedinična ćelija.

Metale karakteriziraju kristalne rešetke triju vrsta: kubične tjelesno centrirane (bcc), u kojima su atomi smješteni na vrhovima jedinične ćelije i jedan u njezinu središtu; čelično centriran kubik (fcc), u kojem su atomi smješteni na vrhovima jedinične ćelije iu središtima njezinih lica; hexagonal close-packed (hcp), što je heksagonalna prizma u kojoj su atomi raspoređeni u tri sloja.

Svojstva materijala ovise o vrsti kristalne rešetke i parametrima koji je karakteriziraju:

1) međuatomska udaljenost, mjereno u angstremima 1A°=10 -8 cm

2) gustoća pakiranja ( rešetkasta osnova je broj čestica po jediničnoj ćeliji). Kubični jednostavni - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) koordinacijski broj(KN) - najveći broj atoma jednako udaljenih i smještenih na najbližoj udaljenosti od atoma uzetog kao referentna točka. Kubični jednostavni - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Svojstva materijala definirana u smjeru prednje ravnine i dijagonalne ravnine su različita - ova pojava se naziva anizotropija, tj. nejednaka svojstva u različitim smjerovima. Svi metalni materijali imaju ovo svojstvo. Amorfna tijela imaju svojstvo izotropija, tj. imaju ista svojstva u svim smjerovima.

Kristalne rešetke mogu imati različite strukturne nesavršenosti koje značajno mijenjaju svojstva materijala. Pravi monokristal uvijek ima slobodnu (vanjsku) površinu, na kojoj je, već zbog površinske napetosti, rešetka iskrivljena.

Nedostaci unutarnja struktura dijele se na točkaste, linearne i planarne.

Točkasti defekti uključuju prazna mjesta (kada pojedina mjesta kristalne rešetke nisu zauzeta atomima); dislocirani atomi (ako su pojedini atomi u međuprostorima) ili atomi nečistoća, čiji je broj vrlo velik čak iu čistim metalima. U blizini takvih defekata, rešetka će biti elastično iskrivljena na udaljenosti od jedne ili dvije periode (slika 2a).

Riža. 2. Defekti u kristalnoj rešetki: poanta; b - linearni; c - ravninski

Linearni defekti su mali u dvije dimenzije, a prilično veliki u trećoj. Takvi nedostaci uključuju pomicanje atomskih ravnina ili dislokacija i lanaca praznina (slika 2b). Najvažnije svojstvo takvih defekata je njihova pokretljivost unutar kristala i aktivna interakcija međusobno i s drugim defektima.

Promjena kristalne rešetke materijala moguća je pod utjecajem vanjskih čimbenika, odnosno temperature i tlaka. Neki metali u čvrstom stanju u različitim temperaturnim područjima poprimaju različite kristalne rešetke, što uvijek dovodi do promjene njihovih fizikalno-kemijskih svojstava.

Postojanje istog metala u više kristalnih oblika naziva se polimorfizam. Temperatura pri kojoj dolazi do promjene kristalne rešetke naziva se temperatura polimorfne transformacije. Svi procesi toplinske obrade temelje se na ovoj pojavi. Polimorfne modifikacije označavaju se grčkim slovima (a, b, g i dr., koja se dodaju kao indeks simbolu elementa).

molekularni kristali. Neutralne molekule tvari nalaze se u čvorovima kristalne rešetke, među kojima su sile interakcije uzrokovane blagim međusobnim pomicanjem elektrona u elektronske ljuske atomi. Te se sile nazivaju van der Waalsove sile, budući da su iste prirode kao i sile privlačenja između molekula, što dovodi do odstupanja plinova od idealnosti. Molekularni kristali su npr. većina organski spojevi(parafin, alkohol, guma itd.), inertni plinovi (Ne, Ar, Kg, Xe) i CO 2 plinovi, o 2, N2 u čvrstom stanju, led, kao i kristali broma Br 2 , joda 1 2 . Van der Waalsove sile su prilično slabe, pa se molekularni kristali lako deformiraju.

U nekim čvrste tvari nekoliko vrsta komunikacije može se odvijati istovremeno. Primjer je grafit (heksagonalna rešetka). Grafitna rešetka (slika 105) sastoji se od niza paralelnih ravnina u kojima se u vrhovima nalaze ugljikovi atomi pravilni šesterokuti. Udaljenost između ravnina je dvostruko veća od udaljenosti između atoma šesterokuta. Ravni slojevi međusobno su povezani van der Waalsovim silama. Unutar sloja formiraju se tri valentna elektrona svakog atoma ugljika kovalentna veza sa susjednim atomima ugljika, a četvrti elektron, ostajući "slobodan", kolektivizira se, ali ne u cijeloj rešetki, kao kod metala, već unutar jednog sloja. Dakle, u ovaj slučaj provode se tri vrste komunikacije: homeopolarna i metalna - unutar jednog sloja; van der Waals – između slojeva. Ovo objašnjava mekoću grafita, jer njegovi slonovi mogu kliziti jedan prema drugom.

Razlika u strukturi kristalnih rešetki dviju vrsta ugljika - grafita i dijamanta - objašnjava razliku u njihovoj fizička svojstva: mekoću grafita i tvrdoću dijamanta; grafit je vodič električne struje, dijamant je dielektrik (nema slobodnih elektrona) itd.

Raspored atoma u kristalima karakterizira i koordinacijski broj – broj najbližih susjednih atoma iste vrste s danim atomom u kristalnoj rešetki ili molekulama u molekularnim kristalima. Za sliku modela

Formiranje kristalnih struktura od atoma i iona koristi sustav gustog pakiranja kuglica. Razmatrajući najjednostavniji slučaj gustog pakiranja kuglica istog polumjera na ravnini, dolazimo do dva načina njihovog rasporeda (sl. 106, a, b). Desno pakiranje je gušće, jer je kod jednakog broja kuglica površina romba sa stranicom jednaka strana kvadrat, manje površine kvadrat. Kao što se može vidjeti na slici, razlika u paketima svodi se na razliku u koordinacijskim brojevima: u lijevom paketu koordinacijski broj je 4, u desnom - b, t. što je pakiranje gušće, veći je koordinacijski broj.

Razmotrimo pod kojim uvjetima gusto pakiranje kuglica u prostoru može odgovarati jednoj ili drugoj kristalnoj strukturi danoj ranije. Počnimo graditi rešetku od sloja kuglica prikazanog na sl. 106, 6. Da bismo pojednostavili daljnje zaključivanje, središta kuglica projiciramo na ravninu na kojoj leže, označavajući ih bijelim kružićima (slika 107). Na istoj ravnini projiciramo središta razmaka između kuglica, koji su prikazani na sl. 107, s crnim krugovima i križevima. Svaki zbijeni sloj naziva se slojem Što ako središta njegovih kuglica nalaze se iznad sivih krugova, sloja NA- ako je preko crvenih krugova, sloj IZ- ako iznad križeva. Iznad sloja ALI položimo drugi zbijeni sloj tako da svaka kuglica ovog sloja leži na tri kuglice prvog sloja. To se može učiniti na dva načina: uzeti ga kao drugi sloj ili NA, ili IZ. Treći sloj "može se ponovno slagati na dva načina, i tako dalje. Dakle, tijesno pakiranje može se opisati kao niz ABWAS..., u kojoj slojevi označeni istim slovima ne mogu stajati jedan do drugog.

Od mnogih mogućih kombinacija u kristalografiji, dvije vrste pakiranja su od velike važnosti: 1) dvoslojno pakiranje ABABAB...- heksagonalna zbijena struktura (slika 108); 2) troslojna ambalaža ABC...- kubična struktura usmjerena na lice (sl. 109). U obje rešetke koordinacijski broj je 12, a gustoća pakiranja je ista – atomi zauzimaju 74% ukupnog volumena kristala. Koordinacijski broj koji odgovara kubičnoj rešetki u središtu tijela je 8, a dijamantnoj rešetki (vidi sliku 104) je 4.

Uz dvoslojne i troslojne pakete, moguće je izraditi višeslojne pakete s dugim periodom ponavljanja identičnih slojeva, npr. AVSVASAVSVASS...- pakiranje od šest slojeva. Postoji modifikacija SiC karbida s periodom ponavljanja od 6, 15 i 243 sloja.

Ako je kristal sastavljen od atoma raznih elemenata, onda se može predstaviti kao gusto pakiranje kuglica različitih veličina. Na sl. 110 prikazuje modelnu sliku kristala soli. Veliki ioni klora (r = 181 pm) tvore gusto troslojno pakiranje, u kojem su velike šupljine ispunjene manjim.

veličine s natrijevim ionima (r = 98 pm). Svaki Na ion je okružen sa šest O iona i, obrnuto, svaki C1 ion je okružen sa šest Na iona.

Defekti u kristalima

Idealne kristalne strukture razmatrane u § 71 postoje samo u vrlo malim volumenima stvarnih kristala, u kojima uvijek postoje odstupanja od uređenog rasporeda čestica na mjestima rešetke, koja se nazivaju defekti rešetke. Greške se dijele na makroskopske, koje nastaju u procesu formiranja i rasta kristala (na primjer, pukotine, pore, strane makroskopske inkluzije), i makroskopske, zbog mikroskopskih odstupanja od periodičnosti.

Mikrodefekti se dijele na točkaste i linearne. Točkasti nedostaci su tri vrste: 1) praznina - odsutnost atoma na mjestu kristalne rešetke (Sl. 111, a); 2) intersticijski atom - atom; ugrađen u intersticijski prostor (Sl. 111, 6); 3) atom nečistoće - atom nečistoće, odnosno supstituirajući atom glavne tvari u kristalnoj rešetki (supstituciona nečistoća, sl. 111, u), ili ugrađeni u intersticijski prostor (primjesa uvoda, sl. 111, b; samo u međuprostorima umjesto atoma glavne tvari nalazi se atom primjese). Točkasti defekti narušavaju samo poredak kratkog dometa u kristalima, bez utjecaja na poredak dugog dometa - to je njihova karakteristična značajka.

Linearni defekti narušavaju poredak dugog dometa. Kao što slijedi iz pokusa, mehanička svojstva kristala uvelike su određena defektima posebne vrste - dislokacijama. Dislokacije su linearni defekti koji remete ispravnu izmjenu atomskih ravnina.

Iščašenja su rubna i vijčana. Ako se jedna od atomskih ravnina odlomi unutar kristala, tada rub te ravnine tvori rubnu dislokaciju (sl. 112, a). U slučaju dislokacije vijka (sl. 112, b), niti jedna atomska ravnina unutar kristala se ne odlomi, a same ravnine su samo približno paralelne i blizu jedna drugoj, tako da se kristal zapravo sastoji od jedne atomska ravnina, zakrivljena duž spiralne površine.

Gustoća dislokacija (broj dislokacija po jedinici površine kristalne površine) za savršene monokristale je 10 2 -10 3 cm -2, za deformirane kristale - 10 10 -10 12 cm - 2 . Dislokacije nikada ne pucaju, one ili izlaze na površinu ili se granaju, pa u pravom kristalu nastaju ravne ili prostorne mreže dislokacija. Dislokacije i njihovo kretanje mogu se promatrati elektronskim mikroskopom, kao i selektivnim jetkanjem - na mjestima gdje dislokacije izlaze na površinu nastaju jamice jetkanja (intenzivno razaranje kristala pod djelovanjem reagensa), koje se “očituju ” iščašenja.

Proučavanje metala u skladu s periodni sustav elemenata Mendeljejeva pokazuje da, s iznimkom Mn i Hg, elementi podskupine A, uključujući prijelazne metale i većinu elemenata rijetkih zemalja, kao i metali podskupina IB i IIB i neki elementi skupine IIIB, uključujući Al, tvore jednu sljedećih tipičnih metalnih konstrukcija:

A 1 - kubična lice centriran rešetka (fcc)

cubic face-centred lattice slijedeći metali posjeduju: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt itd.

U kubičnoj rešetki s centrom na plohi, atomi su smješteni na vrhovima jedinične ćelije iu središtima njezinih ploha (slika 1.5).

Svaki atom u ovoj rešetki okružen je s 12 najbližih susjeda koji se nalaze na jednakim udaljenostima jednakim = 0,707×a, gdje a- rub elementarne ćelije. Broj najbližih susjeda jednak 12 naziva se koordinacijski broj kristalne rešetke. Osim ovih najbližih atoma, postoji 6 atoma u kristalnoj rešetki, udaljenih na mnogo većim udaljenostima, jednakim a.

Razmatrana kristalna rešetka ima dvije vrste šupljina (međuprostora, u kojima se mogu nalaziti manji atomi drugih elemenata u legurama) koje tvore intersticijske čvrste otopine.

Najveće internodije ili praznine nalaze se u središtu kocke i na sredini njezinih rubova. Svaka od ovih šupljina okružena je sa šest atoma fcc rešetke, koji zauzimaju mjesta na vrhovima pravilnog oktaedra. U tom smislu nazivaju se oktaedarskim šupljinama (Slika 1.5, b). Takve položaje različitih elemenata u čelično centriranoj kubičnoj rešetki zauzimaju atomi Na i Cl u rešetki NaCl. Iste položaje zauzima ugljik u g-Fe rešetki.

Osim ovih šupljina u fcc rešetki, postoje manje šupljine, koje se nazivaju tetraedarske, zbog činjenice da su okružene s 4 atoma. Ukupno postoji 8 tetraedarskih šupljina u fcc rešetki (slika 1.5, u).

Dimenzije tetraedarskih i oktaedarskih šupljina mogu se osjetiti ako pretpostavimo da je rešetka izgrađena od krutih kuglica, radijusa r, koje su u međusobnom kontaktu; u ovom slučaju, kugle polumjera 0,41 r, odnosno 0,225 r, za oktaedarske i tetraedarske šupljine, mogu se postaviti u postojeće praznine.

Najgušće zbijene ravnine u strukturi plošno centrirane kocke su ravnine prikazane na slici. Ih simbol(111) (Slika 1.5., G).

tijelocentrirana kubična rešetka I 2 (bcc) imaju metali a - Fe, krom, volfram, molibden, vanadij, natrij, litij i drugi. Struktura A 2 je manje gusto upakirana.

Atomi u bcc rešetki nalaze se na vrhovima iu središtu jedinične ćelije (slika 1.6).

Svaki atom u ovoj ćeliji ima 8 najbližih susjeda koji se nalaze na udaljenosti od gdje, a je duljina brida kocke. Stoga je koordinacijski broj rešetke 8. Ponekad se označava (8 + 6), jer Sljedeći najudaljeniji atomi nalaze se na udaljenosti a, njihov broj je 6.

Također postoje 2 vrste šupljina u bcc strukturi. Veliki zauzimaju položaje na stranama kocke (Slika 1.6, u). Okružuju ih 4 atoma koji se nalaze na vrhovima tetraedra, čiji su rubovi po paru jednaki. Manje šupljine okružene sa 6 atoma koji zauzimaju mjesta na vrhovima nepravilnog oktaedra nalaze se u sredini rubova i lica ćelije (Slika 1.6, G). Ako je bcc rešetkasta struktura izgrađena od krutih kuglica, tada se kuglice polumjera 0,292 r mogu smjestiti u tetraedarske šupljine, a 0,154 r u oktaedarske šupljine.

Na ovaj način, najveća veličina sfera koja se može smjestiti u šupljine gušće zbijene fcc rešetke ispada da je veća nego u bcc rešetki.

Uvođenje drugih atoma u oktaedarsku poru bcc rešetke uzrokuje pomicanje dvaju atoma u smjeru paralelnom s rubom kocke, što uzrokuje širenje rešetke u tom smjeru. U strukturi martenzita, gdje se atomi ugljika uvode u oktaedarske šupljine koje se nalaze samo na rubovima paralelnim s osi C i u središtima stranica okomitih na ovu os, to dovodi do tetragonalne distorzije a-Fe rešetke.

Najgušće zbijene bcc ravnine su 12 ravnina iz obitelji (110) (slika 1.6. b). U tim ravninama postoje 2 smjera u kojima se krute kuglice mogu dodirivati.

Heksagonalna zbijena rešetka A 3 (hcp) posjeduju metali kao što su Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Heksagonalno sito je izgrađeno od zasebnih slojeva, i to na način da je svaki atom bilo kojeg sloja okružen sa 6 susjeda koji se nalaze na jednakim udaljenostima koji pripadaju istom sloju, a osim toga ima tri najbliža susjeda u slojevima koji se nalaze iznad i ispod ovog sloja (slika 1.7).

Udaljenost između atoma u heksagonalnim slojevima označava se sa a, visina ćelije u s. Šest najbližih susjeda smještenih u susjednim slojevima također će biti udaljeni i od danog atoma, ako je omjer osi s/a je, onda se takva struktura naziva idealnom zbijenom strukturom. Štoviše, koordinacijski broj u ovom slučaju, kao iu fcc rešetki, je 12.

Većina metala s heksagonalnom zbijenom rešetkom ima omjer osi s/a= 1,56 - 1,63. Izuzetak su Zn i Cd (1,86; 1,89). To je zbog činjenice da elektronski oblaci atoma Zn i Cd nemaju sferičnu simetriju i izduženi su duž osi C. U heksagonalnoj zbijenoj rešetki, kao iu FCC, postoje 2 vrste šupljina: oktaedar i tetraedar (slika 1.7, b).

Promjeri tvrdih kuglica koje se mogu smjestiti u te šupljine su 0,41 r i 0,225 r, kao i za fcc.

Dovoljno je pogledati konstrukciju zbijenih ravnina fcc rešetke (111) (slika 1.8, a) pronaći potpunu analogiju u izgradnji atoma u ove dvije rešetke. Razlika između ovih rešetki je izmjena slojeva. Ako u heksagonalnoj rešetki postoji izmjena slojeva ABAB itd., tada u fcc rešetki: ABCABC (slika 1.8, b), tj. ovo koristi treću moguću poziciju tijesno pakiranog sloja.

Razlika u omjeru energije između ove dvije rešetke je beznačajna i, s tim u vezi, slijed izmjeničnih slojeva može se lako poremetiti tijekom plastične deformacije, kao i zbog pojave defekata kristala tijekom njegovog rasta, tako da -zvane greške slaganja.

Dakle, prividna razlika u konstrukciji hcp i fcc rešetki uopće nije velika (slika 1.8).

Ugljik u obliku dijamanta, silicija, germanija, a - kositra (sivi) ima dvostruku kubnu dijamant tipa rešetke(Slika 1.9). Razlikuje se od fcc rešetke po prisutnosti četiri dodatna atoma u četiri od osam tetraedarskih šupljina. Zbog toga je struktura labavija.

Svaki atom dijamanta okružen je sa samo četiri najbliža susjeda koji se nalaze u kutovima pravilnog tetraedra. Koordinacijski broj takve strukture je 4.

Kao što je gore prikazano, isti metali na različitim temperaturama mogu imati različite kristalne strukture, što je uzrokovano njihovom alotropijom.

Alotropska (polimorfna) transformacija je promjena prostorne rešetke kristalnog tijela.

Kao primjer alotropskih transformacija može se navesti transformacija niskotemperaturnog alotropskog oblika a - Fe s tjelesno centriranom kubičnom rešetkom u visokotemperaturni oblik g - Fe s plošnocentriranom kubičnom rešetkom, na temperaturi od 910°C. °C i kasnijom transformacijom na temperaturi od 1392 °C g - Fe u d - Fe s tjelesno centriranom kubičnom rešetkom sličnom a - Fe. Slične transformacije mogu se uočiti u titanu, cirkoniju itd. U titanu i cirkoniju, niskotemperaturni alotropni oblik je a - Ti, a - Zr s heksagonalnom tijesnom rešetkom. Na temperaturama iznad 882°C za titan i 862°C za cirkonij nastaju b-Ti i b-Zr koji imaju tjelesno centriranu rešetku.

Kao što ste vidjeli, alotropska transformacija je to atomska struktura kristalno tijelo mijenja se pri zagrijavanju i hlađenju. Sam proces preuređivanja kristalne rešetke odvija se izotermno pri konstantnoj temperaturi, krivulja hlađenja legure koja prolazi kroz alotropske transformacije slična je krivulji promatranoj tijekom skrućivanja tekućeg metala. Temperatura prijelaza naziva se kritična točka transformacije. Na temperaturi (T 0) opaža se fazna ravnoteža dviju alotropskih varijanti.

Slično kao i kod procesa kristalizacije, alotropska transformacija se događa apsorpcijom topline tijekom zagrijavanja i njezinim oslobađanjem tijekom hlađenja. Alotropska transformacija (također po analogiji s procesom kristalizacije) događa se stvaranjem jezgri i njihovim kasnijim rastom, pa se stoga uvijek odvija uz prisutnost superhlađenja (tijekom hlađenja) i pregrijavanja pri zagrijavanju.

Alotropska transformacija se događa, kao i proces kristalizacije, u vezi sa željom sustava da smanji slobodnu energiju.