Unul dintre cele mai comune materiale cu care oamenii au preferat întotdeauna să lucreze a fost metalul. În fiecare epocă, s-a acordat preferință diferitelor tipuri de acestea substanțe uimitoare. Deci, mileniile IV-III î.Hr. sunt considerate a fi epoca Calcolitului sau cuprului. Ulterior este înlocuit de bronz, iar apoi intră în vigoare cel care este și astăzi de actualitate - fierul.

Astăzi este în general dificil de imaginat că odată a fost posibil să se facă fără produse metalice, deoarece aproape totul, de la articole de uz casnic, instrumente medicale și terminând cu echipamente grele și ușoare, constă din acest material sau include piese separate din acesta. De ce au reușit metalele să câștige atâta popularitate? Care sunt caracteristicile și cum este inerente structurii lor, să încercăm să ne dăm seama mai departe.

Conceptul general de metale

"Chimie. Clasa a 9-a" este un manual folosit de școlari. În el, metalele sunt studiate în detaliu. Avand in vedere fizica si proprietăți chimice este alocat un capitol mare, deoarece diversitatea lor este extrem de mare.

De la această vârstă se recomandă să le oferi copiilor o idee despre acești atomi și proprietățile lor, deoarece adolescenții pot aprecia deja pe deplin valoarea unor astfel de cunoștințe. Ei văd perfect că varietatea de obiecte, mașini și alte lucruri care le înconjoară se bazează doar pe o natură metalică.

Ce este un metal? Din punct de vedere al chimiei, se obișnuiește să se facă referire la acești atomi cei care au:

• mic la nivel extern;
• prezintă proprietăți de restaurare puternice;
• au o rază atomică mare;
• cât de simple substanțele au o serie de proprietăți fizice specifice.

Baza cunoștințelor despre aceste substanțe poate fi obținută luând în considerare structura atomo-cristalină a metalelor. Acesta explică toate caracteristicile și proprietățile acestor compuși.

În sistemul periodic, cea mai mare parte a întregului tabel este alocată pentru metale, deoarece acestea formează toate subgrupele secundare și pe cele principale de la primul până la al treilea grup. Prin urmare, superioritatea lor numerică este evidentă. Cele mai frecvente sunt:

• calciu;
• sodiu;
• titan;
• fier;
• magneziu;
• aluminiu;
• potasiu.

Toate metalele au o serie de proprietăți care le permit să fie combinate într-un grup mare de substanțe. La rândul lor, aceste proprietăți sunt explicate tocmai prin structura cristalină a metalelor.

Proprietățile metalului

Proprietățile specifice ale substanțelor luate în considerare includ următoarele.

1. Luciu metalic. Toți reprezentanții substanțe simple posedă, iar majoritatea sunt la fel. Doar unele (aur, cupru, aliaje) sunt diferite.
2. Maleabilitatea și plasticitatea - capacitatea de a se deforma și de a se recupera destul de ușor. În diferiți reprezentanți se exprimă într-o măsură diferită.
3. Conductivitatea electrică și termică este una dintre principalele proprietăți care determină domeniul de aplicare al metalului și aliajelor sale.

Structura cristalină a metalelor și aliajelor explică motivul fiecăreia dintre proprietățile indicate și vorbește despre severitatea lor în fiecare reprezentant specific. Dacă cunoașteți caracteristicile unei astfel de structuri, atunci puteți influența proprietățile eșantionului și o puteți ajusta la parametrii doriti, ceea ce oamenii au făcut de multe decenii.

Structura atomo-cristalină a metalelor

Ce este o astfel de structură, prin ce se caracterizează? Numele în sine sugerează că toate metalele sunt cristale în stare solidă, adică în condiții normale (cu excepția mercurului, care este un lichid). Ce este un cristal?

Aceasta este o imagine grafică convențională construită prin încrucișarea liniilor imaginare prin atomii care aliniază corpul. Cu alte cuvinte, fiecare metal este format din atomi. Ele sunt localizate în el nu la întâmplare, ci foarte regulat și consecvent. Deci, dacă combinați mental toate aceste particule într-o singură structură, obțineți o imagine frumoasă sub forma unei imagini corecte corp geometric orice formă.

Aceasta se numește rețeaua cristalină a metalului. Este foarte complexă și voluminoasă din punct de vedere spațial, prin urmare, pentru simplitate, nu este prezentată în totalitate, ci doar o parte, o celulă elementară. Setul de astfel de celule, reunit și reflectat în și formează rețele cristaline. Chimia, fizica și știința metalelor sunt științe care studiază caracteristicile structurale ale unor astfel de structuri.

Sama este un set de atomi care sunt localizați la o anumită distanță unul de celălalt și coordonează un număr strict fix de alte particule în jurul lor. Se caracterizează prin densitatea de ambalare, distanța dintre structurile constitutive și numărul de coordonare. În general, toți acești parametri sunt o caracteristică a întregului cristal și, prin urmare, reflectă proprietățile prezentate de metal.

Există mai multe varietăți.Toți sunt uniți printr-o singură caracteristică - există atomi în noduri, iar în interior există un nor de gaz de electroni, care se formează prin mișcarea liberă a electronilor în interiorul cristalului.

Tipuri de rețele cristaline

Paisprezece opțiuni pentru structura rețelei sunt de obicei combinate în trei tipuri principale. Acestea sunt următoarele:

1. Cubic centrat pe corp.
2. Hexagonal strâns.
3. Cubic centrat pe față.

Structura cristalină a metalelor a fost studiată numai atunci când a devenit posibilă obținerea unor mari măriri ale imaginilor. Iar clasificarea tipurilor de zăbrele a fost introdusă pentru prima dată de omul de știință francez Bravais, sub al cărui nume sunt uneori numite.

Rețeaua centrată pe corp

Structura rețelei cristaline a metalelor de acest tip este următoarea structură. Acesta este un cub, la nodurile căruia se află opt atomi. Un altul este situat în centrul liberului spațiu interior celule, ceea ce explică numele „centrat pe corp”.

Acesta este unul dintre cele mai multe structură simplă celula elementară și, prin urmare, întreaga rețea ca întreg. Următoarele metale sunt de acest tip:

• molibden;
• vanadiu;
• crom;
• mangan;
• fier alfa;
• fier beta și altele.

Principalele proprietăți ale unor astfel de reprezentanți sunt grad înalt maleabilitate și ductilitate, duritate și rezistență.

rețea centrată pe față

Structura cristalină a metalelor având o rețea cubică centrată pe față este următoarea structură. Acesta este un cub, care include paisprezece atomi. Opt dintre ele formează noduri de zăbrele, iar încă șase sunt situate câte unul pe fiecare față.

Au o structură similară:

• aluminiu;
• nichel;
• conduce;
• fier gama;
• cupru.

Principalele proprietăți distinctive sunt luciul de diferite culori, ușurința, rezistența, maleabilitatea, rezistența crescută la coroziune.

Rețea hexagonală

Structura cristalină a metalelor cu rețele este următoarea. Celula elementară se bazează pe o prismă hexagonală. Există 12 atomi în nodurile sale, încă doi la baze și trei atomi se află liber în spațiul din centrul structurii. Doar șaptesprezece atomi.

Metale precum:

• alfa titan;
• magneziu;
• alfa cobalt;
• zinc.

Principalele proprietăți sunt un grad ridicat de rezistență, o strălucire argintie puternică.

Defecte ale structurii cristaline a metalelor

Cu toate acestea, toate tipurile de celule considerate pot avea și defecte naturale, sau așa-numitele defecte. Acest lucru se poate datora diferitelor motive: atomi străini și impurități din metale, influențe externe și așa mai departe.

Prin urmare, există o clasificare care reflectă defectele pe care le pot avea rețelele cristaline. Chimia ca știință le studiază pe fiecare dintre ele pentru a identifica cauza și remediul, astfel încât proprietățile materialului să nu fie modificate. Deci, defectele sunt după cum urmează.

1. Punct. Ele vin în trei tipuri principale: vacante, impurități sau atomi dislocați. Acestea duc la o deteriorare a proprietăților magnetice ale metalului, a conductivității sale electrice și termice.
2. Linear, sau dislocare. Alocați marginal și șurub. Deteriorează rezistența și calitatea materialului.
3. defecte de suprafață. Ele afectează aspectul și structura metalelor.

În prezent s-au dezvoltat metode pentru eliminarea defectelor și obținerea de cristale pure. Cu toate acestea, nu este posibil să le eradicați complet; rețeaua cristalină ideală nu există.

Valoarea cunoștințelor despre structura cristalină a metalelor

Din materialul de mai sus, este evident că cunoașterea structurii și structurii fine face posibilă prezicerea proprietăților materialului și influențarea acestora. Și acest lucru vă permite să faceți știința chimiei. Clasa a 9-a școală gimnazială pune accent în procesul de învăţare pe formarea la elevi a unei înţelegeri clare a importanţei lanţului logic fundamental: compoziţie - structură - proprietăţi - aplicare.

Informațiile despre structura cristalină a metalelor ilustrează foarte clar și permit profesorului să explice clar și să le arate copiilor cât de important este să cunoască structura fină pentru a utiliza corect și competent toate proprietățile.

Toate metalele în stare solidă au o structură cristalină. Atomii dintr-un metal solid sunt ordonați și formează rețele cristaline (Fig. 1).

Orez. 1. Scheme rețele cristaline: a – cubic centrat pe corp; b - centrat pe față; c – împachetat strâns hexagonal

Celulă de cristal reprezintă cel mai mic volum al cristalului, care oferă o imagine completă a structurii atomice a metalului și se numește celulă unitară.

Metalele sunt caracterizate prin rețele cristaline de trei tipuri: cubic body-centered (bcc), în care atomii sunt localizați la vârfurile celulei unității și unul în centrul acesteia; cubic centrat pe fețe (fcc), în care atomii sunt situați la vârfurile celulei unitate și la centrele fețelor sale; hexagonal close-packed (hcp), care este o prismă hexagonală în care atomii sunt aranjați în trei straturi.

Proprietățile materialului depind de tipul rețelei cristaline și de parametrii care îl caracterizează:

1) distanta interatomica, măsurată în angstromi 1°=10 -8 cm

2) densitatea de ambalare ( bază de zăbrele este numărul de particule pe unitate de celulă). Cubic simplu - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) număr de coordonare(KN) - numarul maxim de atomi echidistanti si situati la cea mai apropiata distanta de atom luat ca punct de referinta. Cubic simplu - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Proprietățile materialului definite în direcția planului frontal și a planului diagonal sunt diferite - acest fenomen se numește anizotropie, adică proprietăți inegale în direcții diferite. Toate materialele metalice au această proprietate. Corpurile amorfe au proprietatea izotropie, adică au aceleași proprietăți în toate direcțiile.

Grilele de cristal pot avea diverse imperfecțiuni structurale care modifică semnificativ proprietățile materialului. Un singur cristal real are întotdeauna o suprafață liberă (exterioară), pe care, deja din cauza tensiunii superficiale, rețeaua este distorsionată.

Defecte structura interna subdivizat în punct, liniar și plan.

Defectele punctuale includ locuri libere (atunci când locurile individuale ale rețelei cristaline nu sunt ocupate de atomi); atomi dislocați (dacă atomii individuali sunt în interstiții) sau atomi de impurități, al căror număr este foarte mare chiar și în metale pure. În apropierea unor astfel de defecte, rețeaua va fi distorsionată elastic la o distanță de una sau două perioade (Fig. 2a).

Orez. 2. Defecte ale rețelei cristaline: un punct; b - liniar; c - planar

Defectele liniare sunt mici în două dimensiuni și destul de mari în a treia. Astfel de defecte includ deplasarea planurilor atomice sau dislocațiile și lanțurile de locuri libere (Fig. 2b). Cea mai importantă proprietate a unor astfel de defecte este mobilitatea lor în interiorul cristalului și interacțiunea activă între ele și cu alte defecte.

O modificare a rețelei cristaline a unui material este posibilă sub influența factorilor externi, și anume temperatura și presiunea. Unele metale în stare solidă în diferite intervale de temperatură dobândesc rețele cristaline diferite, ceea ce duce întotdeauna la o modificare a proprietăților lor fizico-chimice.

Existența aceluiași metal în mai multe forme cristaline se numește polimorfism. Temperatura la care are loc o modificare a rețelei cristaline se numește temperatura transformării polimorfe. Toate procesele de tratament termic se bazează pe acest fenomen. Modificările polimorfe sunt notate cu litere grecești (a, b, g și altele, care sunt adăugate ca index la simbolul elementului).

cristale moleculare. Moleculele neutre ale unei substanțe sunt situate la nodurile rețelei cristaline, forțele de interacțiune dintre care se datorează unei ușoare deplasări reciproce a electronilor în carcase electronice atomi. Aceste forțe se numesc forțe van der Waals, deoarece sunt de aceeași natură cu forțele de atracție dintre molecule, ducând la abaterea gazelor de la idealitate. Cristalele moleculare sunt, de exemplu, cele mai multe compusi organici(parafină, alcool, cauciuc etc.), gaze inerte (Ne, Ar, Kg, Xe) și gaze CO2, Oh 2, N2 în stare solidă, gheață, precum și cristale de brom Br 2 , iod 1 2 . Forțele Van der Waals sunt destul de slabe, astfel încât cristalele moleculare sunt ușor deformate.

În unele solide mai multe tipuri de comunicare pot fi efectuate simultan. Un exemplu este grafitul (zăbrele hexagonale). Rețeaua de grafit (Fig. 105) constă dintr-o serie de plane paralele în care atomii de carbon sunt localizați la vârfuri. hexagoane regulate. Distanța dintre avioane este de peste două ori distanța dintre atomii hexagonului. Straturile plate sunt conectate între ele prin forțele van der Waals. În cadrul stratului se formează cei trei electroni de valență ai fiecărui atom de carbon legătură covalentă cu atomi de carbon învecinați, iar al patrulea electron, rămânând „liber”, este colectivizat, dar nu în întreaga rețea, ca în cazul metalelor, ci în cadrul unui singur strat. Astfel, în acest caz se realizează trei tipuri de comunicare: homeopolară și metalică - într-un singur strat; van der Waals - între straturi. Acest lucru explică moliciunea grafitului, deoarece elefanții săi pot aluneca unul față de celălalt.

Diferența în structura rețelelor cristaline a două tipuri de carbon - grafit și diamant - explică diferența dintre acestea. proprietăți fizice: moliciunea grafitului si duritatea diamantului; grafitul este un conductor de electricitate, diamantul este un dielectric (fără electroni liberi), etc.

Dispunerea atomilor în cristale se caracterizează și prin numărul de coordonare - numărul celor mai apropiați atomi vecini de același tip cu un anumit atom din rețeaua cristalină sau molecule din cristalele moleculare. Pentru o imagine de model

Formarea structurilor cristaline din atomi și ioni folosește un sistem de împachetare densă a sferelor. Luând în considerare cel mai simplu caz de împachetare densă a bilelor de aceeași rază pe un plan, ajungem la două moduri de a le aranja (Fig. 106, a, b). Ambalajul drept este mai dens, deoarece cu un număr egal de bile, zona unui romb cu latura latura egala pătrat, zonă mai mică pătrat. După cum se poate observa din figură, diferența dintre pachete se reduce la diferența dintre numerele de coordonare: în pachetul din stânga, numărul de coordonare este 4, în dreapta - b, t. cu cât ambalajul este mai dens, cu atât numărul de coordonare este mai mare.

Să luăm în considerare în ce condiții un ambalaj dens de sfere în spațiu poate corespunde uneia sau alteia structuri cristaline prezentate mai devreme. Să începem construirea zăbrelei din stratul de bile prezentat în fig. 106, 6. Pentru a simplifica raționamentul suplimentar, proiectăm centrele bilelor pe planul pe care se află, notându-le cu cercuri albe (Fig. 107). Pe același plan, proiectăm centrele golurilor dintre bile, care sunt indicate în Fig. 107, respectiv, cu cercuri și cruci negre. Orice strat compact va fi numit strat Și dacă centrele bilelor sale sunt situate deasupra cercurilor gri, un strat LA- dacă peste cercuri roșii, stratificați DIN- dacă deasupra crucilor. Deasupra stratului DAR așezăm al doilea strat strâns, astfel încât fiecare minge din acest strat să se afle pe trei bile ale primului strat. Acest lucru se poate face în două moduri: luați-l ca un al doilea strat sau LA, sau DIN. Al treilea strat „poate fi stivuit din nou în două moduri și așa mai departe. Deci, împachetarea apropiată poate fi descrisă ca o secvență ABWAS...,în care straturile marcate cu aceleași litere nu pot sta unul lângă altul.

Dintre numeroasele combinații posibile în cristalografie, două tipuri de ambalaje sunt de o importanță reală: 1) ambalare cu două straturi ABABAB...- structură compactă hexagonală (Fig. 108); 2) ambalare cu trei straturi ABC...- structură cubică centrată pe feţe (Fig. 109). În ambele rețele, numărul de coordonare este 12 și densitatea de împachetare este aceeași - atomii ocupă 74% din volumul total al cristalului. Numărul de coordonare corespunzător rețelei cubice centrate pe corp este 8, rețeaua de diamant (vezi Fig. 104) este 4.

În plus față de pachetele cu două și trei straturi, este posibil să se construiască pachete multistrat cu o perioadă lungă de repetare a straturilor identice, de exemplu AVSVASAVSVASS...- ambalare cu șase straturi. Există o modificare a carburii de SiC cu o perioadă de repetare de 6, 15 și 243 de straturi.

Dacă un cristal este format din atomi diverse elemente, atunci poate fi reprezentat ca un ambalaj dens de sfere de diferite dimensiuni. Pe fig. 110 prezintă o imagine model a unui cristal de sare. Ionii mari de clor (r = 181 pm) formează o ambalare densă cu trei straturi, în care golurile mari sunt umplute cu altele mai mici.

mărimea cu ioni de sodiu (r = 98 pm). Fiecare ion Na este înconjurat de șase ioni O și, invers, fiecare ion C1 este înconjurat de șase ioni Na.

Defecte ale cristalelor

Structurile cristaline ideale considerate în § 71 există doar în volume foarte mici de cristale reale, în care există întotdeauna abateri de la aranjarea ordonată a particulelor la locurile rețelei, numite defecte de rețea. Defectele sunt împărțite în macroscopice, care apar în procesul de formare și creștere a cristalelor (de exemplu, fisuri, pori, incluziuni macroscopice străine) și macroscopice, din cauza abaterilor microscopice de la periodicitate.

Microdefectele sunt împărțite în punct și liniare. Defectele punctuale sunt de trei tipuri: 1) vacanță - absența unui atom la locul rețelei cristaline (Fig. 111, A); 2) atom interstițial - atom; încorporat în spațiul interstițial (Fig. 111, 6); 3) atom de impuritate - un atom de impuritate sau un atom de substituție al substanței principale din rețeaua cristalină (impuritate de substituție, Fig. 111, în), sau înglobat în spațiul interstițial (amestec de introducere, Fig. 111, b; numai în interstiții, în locul atomului substanței principale, există un atom de impuritate). Defectele punctiforme încalcă doar ordinea pe distanță scurtă în cristale, fără a afecta ordinea pe distanță lungă - aceasta este trăsătura lor caracteristică.

Defectele liniare perturbă ordinea pe distanță lungă. După cum rezultă din experimente, proprietățile mecanice ale cristalelor sunt în mare măsură determinate de defecte de tip special - dislocații. Dislocațiile sunt defecte liniare care perturbă alternanța corectă a planurilor atomice.

Există luxații de margine și șurub. Dacă unul dintre planurile atomice se rupe în interiorul cristalului, atunci marginea acestui plan formează o dislocare a muchiei (Fig. 112, A).În cazul unei dislocare a șurubului (Fig. 112, b), niciunul dintre planurile atomice din interiorul cristalului nu se rupe, iar planurile în sine sunt doar aproximativ paralele și apropiate unul de celălalt, astfel încât, de fapt, cristalul este format dintr-un plan atomic, curbat de-a lungul suprafeței elicoidale.

Densitatea de dislocare (numărul de luxații pe unitatea de suprafață a cristalului) pentru cristale simple perfecte este de 10 2 -10 3 cm -2, pentru cristale deformate - 10 10 -10 12 cm - 2 . Luxațiile nu se rup niciodată, fie ies la suprafață, fie se ramifică, așa că într-un cristal real se formează rețele plane sau spațiale de dislocații. Dislocațiile și mișcarea lor pot fi observate cu ajutorul unui microscop electronic, precum și prin gravare selectivă - în locurile în care dislocațiile ies la suprafață apar gropi de gravare (distrugerea intensivă a cristalului sub acțiunea reactivului), care „se manifestă ” luxații.

Studiul metalelor în conformitate cu sistem periodic elementele lui Mendeleev arată că, cu excepția Mn și Hg, elementele din subgrupa A, inclusiv metalele de tranziție și cele mai multe elemente de pământuri rare, precum și metalele din subgrupele IB și IIB și unele elemente din grupa IIIB, inclusiv Al, formează una. dintre următoarele structuri metalice tipice:

A 1 - rețea cubică centrată pe față (fcc)

rețea centrată pe fețe cubice următoarele metale posedă: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt etc.

Într-o rețea cubică centrată pe fețe, atomii sunt localizați la vârfurile celulei unitare și la centrele fețelor sale (Fig. 1.5).

Fiecare atom din această rețea este înconjurat de 12 vecini cei mai apropiați situati la distanțe egale egale cu = 0,707×a, Unde A- marginea celulei elementare. Numărul celor mai apropiați vecini egal cu 12 se numește numărul de coordonare al rețelei cristaline. Pe lângă acești atomi cei mai apropiați, există 6 atomi în rețeaua cristalină, distanțați la distanțe mult mai mari, egale cu A.

Rețeaua cristalină considerată are două tipuri de goluri (interstiții, în care pot fi localizați atomi mai mici ai altor elemente din aliaje) formând soluții solide interstițiale.

Cele mai mari interstiții sau goluri sunt în centrul cubului și în mijlocul marginilor acestuia. Fiecare dintre aceste goluri este înconjurat de șase atomi ai rețelei fcc, ocupând locuri la vârfurile unui octaedru regulat. În acest sens, ele sunt numite goluri octaedrice (Figura 1.5, b). Astfel de poziții ale diferitelor elemente din rețeaua cubică centrată pe față sunt ocupate de atomi de Na și Cl din rețeaua de NaCl. Aceleași poziții sunt ocupate de carbon în rețeaua g-Fe.

Pe lângă aceste goluri din rețeaua fcc, există goluri mai mici, numite tetraedrice, datorită faptului că sunt înconjurate de 4 atomi. În total, există 8 goluri tetraedrice în rețeaua fcc (Figura 1.5, în).

Dimensiunile golurilor tetraedrice si octaedrice se simt daca presupunem ca reteaua este construita din bile rigide, de raza r, in contact intre ele; în acest caz, în golurile existente ar putea fi plasate sfere cu o rază de 0,41 r, respectiv 0,225 r pentru golurile octaedrice și tetraedrice.

Planurile cele mai dens împachetate din structura unui cub centrat pe fețe sunt planurile prezentate în figură. Lor simbol(111) (Figura 1.5., G).

rețea cubică centrată pe corpȘi 2 (bcc) au metale a - Fe, crom, wolfram, molibden, vanadiu, sodiu, litiu și altele. Structura A 2 este împachetată mai puțin dens.

Atomii din rețeaua bcc sunt localizați la vârfuri și în centrul celulei unitare (Figura 1.6).

Fiecare atom din această celulă are 8 cei mai apropiați vecini situati la o distanță de unde, A este lungimea muchiei cubului. Prin urmare, numărul de coordonare al rețelei este 8. Uneori se notează (8 + 6), deoarece Următorii atomi cei mai îndepărtați sunt localizați la distanța a, numărul lor este 6.

Există, de asemenea, 2 tipuri de goluri în structura bcc. Cele mari ocupă poziții pe fețele cubului (Figura 1.6, în). Sunt înconjurați de 4 atomi localizați la vârfurile tetraedrului, ale căror margini sunt egale pe perechi. Goluri mai mici înconjurate de 6 atomi care ocupă locuri la vârfurile unui octaedru neregulat sunt situate în mijlocul marginilor și fețelor celulei (Figura 1.6, G). Dacă structura rețelei bcc este construită din bile rigide, atunci sferele cu o rază de 0,292 r pot fi plasate în goluri tetraedrice și 0,154 r în goluri octaedrice.

În acest fel, dimensiune maximă sfera care poate fi plasată în golurile unei rețele fcc mai dens împachetate se dovedește a fi mai mare decât în ​​rețeaua bcc.

Introducerea altor atomi în porul octaedric al rețelei bcc determină deplasarea a doi atomi în direcția paralelă cu marginea cubului, ceea ce face ca rețeaua să se extindă în această direcție. În structura martensitei, în care atomii de carbon sunt introduși în goluri octaedrice situate doar pe muchii paralele cu axa C și în centrele fețelor perpendiculare pe această axă, aceasta duce la o distorsiune tetragonală a rețelei a-Fe.

Cele mai dens împachetate avioane bcc sunt 12 avioane din familia (110) (Figura 1.6. b). În aceste planuri, există 2 direcții în care bilele rigide se pot atinge.

Rețea hexagonală compactă A3 (hcp) este posedat de metale precum Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Sita hexagonală este construită din straturi separate, și în așa fel încât fiecare atom al oricărui strat să fie înconjurat de 6 vecini aflați la distanțe egale aparținând aceluiași strat și, în plus, are trei vecini cei mai apropiați în straturile situate deasupra și sub acest strat (Figura 1.7).

Distanța dintre atomi în straturi hexagonale este notă cu A, înălțimea celulei în s. Sase vecini cei mai apropiati situati in straturi adiacente vor fi de asemenea la o distanta, iar de acest atom, daca raportul axelor s/a este, atunci o astfel de structură se numește o structură compactă ideală. Mai mult, numărul de coordonare în acest caz, precum și în rețeaua fcc, este 12.

Majoritatea metalelor cu o rețea compactă hexagonală au un raport de axă s/a= 1,56 - 1,63. Excepțiile sunt Zn și Cd (1,86; 1,89). Acest lucru se datorează faptului că norii de electroni ai atomilor de Zn și Cd nu au simetrie sferică și sunt alungiți de-a lungul axei C. În rețeaua compactă hexagonală, precum și în fcc, există 2 tipuri de goluri: octaedric și tetraedric (Figura 1.7, b).

Diametrele sferelor dure care pot fi plasate în aceste goluri sunt 0,41 r și 0,225 r, precum și pentru fcc.

Este suficient să ne uităm la construcția planurilor compacte ale rețelei fcc (111) (Figura 1.8, A) pentru a găsi o analogie completă în construcția atomilor din aceste două rețele. Diferența dintre aceste grătare este alternanța straturilor. Dacă în rețeaua hexagonală există o alternanță de straturi ABAB etc., atunci în rețeaua fcc: ABCABC (Figura 1.8, b), adică aceasta folosește a treia poziție posibilă a stratului compact.

Diferența de raport de energie dintre aceste două rețele este nesemnificativă și, în legătură cu aceasta, succesiunea straturilor alternante poate fi ușor perturbată în timpul deformării plastice, precum și ca urmare a apariției defectelor cristaline în timpul creșterii sale, astfel încât -numite defecte de stivuire.

Astfel, diferența aparentă în construcția rețelelor hcp și fcc nu este deloc mare (Figura 1.8).

Carbonul sub formă de diamant, siliciu, germaniu, a - staniu (gri) au un cubic dublu diamant tip zăbrele(Figura 1.9). Diferă de rețeaua fcc prin prezența a patru atomi suplimentari în patru din cele opt goluri tetraedrice. Ca urmare, structura este mai liberă.

Fiecare atom de diamant este înconjurat de doar patru vecini cei mai apropiați situati la colțurile unui tetraedru obișnuit. Numărul de coordonare al unei astfel de structuri este 4.

După cum se arată mai sus, aceleași metale la temperaturi diferite pot avea structuri cristaline diferite, ceea ce este cauzat de alotropia lor.

O transformare alotropică (polimorfă) este o modificare a rețelei spațiale a unui corp cristalin.

Ca exemple de transformări alotropice, se poate cita transformarea formei alotrope de temperatură joasă a - Fe cu o rețea cubică centrată pe corp în forma de temperatură ridicată g - Fe cu o rețea cubică centrată pe fețe, la temperatura de 910°C. ° C și transformarea ulterioară la o temperatură de 1392 ° C g - Fe în d - Fe cu o rețea cubică centrată pe corp similară cu a - Fe. Transformări similare pot fi observate la titan, zirconiu etc. În titan și zirconiu, forma alotropică la temperatură joasă este a - Ti, a - Zr cu o rețea hexagonală compactă. La temperaturi peste 882°C pentru titan și 862°C pentru zirconiu, se formează b-Ti și b-Zr, care au o rețea centrată pe corp.

După cum ați văzut, transformarea alotropică este aceea structura atomica corpul cristalin se modifică atunci când este încălzit și răcit. Însuși procesul de rearanjare a rețelei cristaline are loc izotermic la o temperatură constantă, curba de răcire a aliajului care suferă transformări alotropice este similară cu curba observată în timpul solidificării metalului lichid. Temperatura de tranziție se numește punctul critic de transformare. La o temperatură (T 0) se observă un echilibru de fază a două soiuri alotrope.

Similar procesului de cristalizare, transformarea alotropică are loc cu absorbția căldurii în timpul încălzirii și eliberarea acesteia în timpul răcirii. Transformarea alotropică (tot prin analogie cu procesul de cristalizare) are loc prin formarea nucleelor ​​și creșterea ulterioară a acestora și, prin urmare, continuă întotdeauna cu prezența suprarăcirii (în timpul răcirii) și a supraîncălzirii la încălzire.

Are loc transformarea alotropică, precum și procesul de cristalizare, în legătură cu dorința sistemului de a reduce energia liberă.