Jedným z najbežnejších materiálov, s ktorým ľudia vždy najradšej pracovali, bol kov. V každej dobe sa uprednostňovali rôzne typy týchto úžasné látky. Takže IV-III tisícročia pred naším letopočtom sa považujú za vek Chalkolitu alebo medi. Neskôr je nahradený bronzom a potom vstupuje do platnosti ten, ktorý je aktuálny aj dnes - železo.

Dnes je vo všeobecnosti ťažké si predstaviť, že sa kedysi dalo zaobísť bez kovových výrobkov, pretože takmer všetko, od domácich potrieb, lekárskych nástrojov až po ťažké a ľahké vybavenie, pozostáva z tohto materiálu alebo z neho obsahuje samostatné časti. Prečo si kovy dokázali získať takú popularitu? Aké sú funkcie a ako je to vlastné ich štruktúre, skúsme to zistiť ďalej.

Všeobecná koncepcia kovov

"Chémia. 9. ročník" je učebnica, ktorú používajú školáci. Práve v ňom sa podrobne študujú kovy. Vzhľadom na ich fyzické a chemické vlastnosti je pridelená veľká kapitola, pretože ich rozmanitosť je mimoriadne veľká.

Od tohto veku sa odporúča dať deťom predstavu o týchto atómoch a ich vlastnostiach, pretože dospievajúci už dokážu plne oceniť hodnotu takýchto vedomostí. Dokonale vidia, že rôznorodosť predmetov, strojov a iných vecí, ktoré ich obklopujú, je založená len na kovovej povahe.

čo je kov? Z hľadiska chémie je obvyklé označovať tieto atómy tie, ktoré majú:

• malý na vonkajšej úrovni;
• vykazujú silné regeneračné vlastnosti;
• majú veľký atómový polomer;
• aké jednoduché látky majú množstvo špecifických fyzikálnych vlastností.

Základ poznatkov o týchto látkach možno získať zvážením atómovo-kryštalickej štruktúry kovov. Vysvetľuje všetky vlastnosti a vlastnosti týchto zlúčenín.

V periodickom systéme je väčšina celej tabuľky pridelená kovom, pretože tvoria všetky sekundárne podskupiny a hlavné od prvej po tretiu skupinu. Preto je zrejmá ich početná prevaha. Najbežnejšie sú:

• vápnik;
• sodík;
• titán;
• železo;
• horčík;
• hliník;
• draslík.

Všetky kovy majú množstvo vlastností, ktoré umožňujú ich spojenie do jednej veľkej skupiny látok. Tieto vlastnosti sa zase vysvetľujú presne kryštalickou štruktúrou kovov.

Vlastnosti kovu

Špecifické vlastnosti uvažovaných látok zahŕňajú nasledujúce.

1. Kovový lesk. Všetci zástupcovia jednoduché látky majú a väčšina z nich je rovnaká.Len niektoré (zlato, meď, zliatiny) sú odlišné.
2. Kujnosť a plasticita - schopnosť pomerne ľahko sa deformovať a zotaviť. U rôznych predstaviteľov sa prejavuje v rôznej miere.
3. Elektrická a tepelná vodivosť je jednou z hlavných vlastností, ktorá určuje rozsah kovu a jeho zliatin.

Kryštalická štruktúra kovov a zliatin vysvetľuje dôvod každej z uvedených vlastností a hovorí o ich závažnosti u každého konkrétneho zástupcu. Ak poznáte vlastnosti takejto štruktúry, môžete ovplyvniť vlastnosti vzorky a upraviť ju na požadované parametre, čo ľudia robia už mnoho desaťročí.

Atómovo-kryštalická štruktúra kovov

Čo je taká štruktúra, čím sa vyznačuje? Už samotný názov napovedá, že všetky kovy sú kryštály v pevnom stave, teda za normálnych podmienok (okrem ortuti, ktorá je kvapalina). Čo je kryštál?

Toto je podmienený grafický obraz vytvorený krížením imaginárnych čiar cez atómy, ktoré zoraďujú telo. Inými slovami, každý kov sa skladá z atómov. Nachádzajú sa v ňom nie náhodne, ale veľmi pravidelne a dôsledne. Takže, ak mentálne spojíte všetky tieto častice do jednej štruktúry, získate krásny obraz v podobe správneho geometrické teleso akúkoľvek formu.

Toto sa nazýva kryštálová mriežka kovu. Je veľmi zložitý a priestorovo objemný, preto pre jednoduchosť nie je znázornený celý, ale len časť, elementárna bunka. Súbor takýchto buniek sa spája a odráža a vytvára kryštálové mriežky. Chémia, fyzika a kovy sú vedy, ktoré študujú štrukturálne vlastnosti takýchto štruktúr.

Sama je súbor atómov, ktoré sa nachádzajú v určitej vzdialenosti od seba a koordinujú okolo seba presne stanovený počet ďalších častíc. Je charakterizovaná hustotou balenia, vzdialenosťou medzi jednotlivými štruktúrami a koordinačným číslom. Vo všeobecnosti sú všetky tieto parametre charakteristikou celého kryštálu, a preto odrážajú vlastnosti, ktoré vykazuje kov.

Existuje niekoľko odrôd.Všetky sú spojené jedným znakom - v uzloch sú atómy a vo vnútri je oblak elektrónového plynu, ktorý vzniká voľným pohybom elektrónov vo vnútri kryštálu.

Typy kryštálových mriežok

Štrnásť možností pre štruktúru mriežky sa zvyčajne kombinuje do troch hlavných typov. Sú to tieto:

1. Kubický centrovaný na telo.
2. Šesťhranné tesne zbalené.
3. Kubický na tvár.

Kryštálová štruktúra kovov bola študovaná až vtedy, keď bolo možné získať veľké zväčšenia obrázkov. A klasifikáciu typov mriežok prvýkrát predstavil francúzsky vedec Bravais, podľa ktorého sa niekedy nazývajú.

Telo centrovaná mriežka

Štruktúra kryštálovej mriežky kovov tohto typu je nasledujúca štruktúra. Toto je kocka, v ktorej uzloch je osem atómov. Ďalší sa nachádza v strede voľného vnútorný priestor bunky, čo vysvetľuje názov „body-centered“.

Toto je jedna z najviac jednoduchá štruktúra elementárnej bunky, a teda celej mriežky ako celku. Nasledujúce kovy sú tohto typu:

• molybdén;
• vanád;
• chróm;
• mangán;
• alfa železo;
• beta železo a iné.

Hlavnými vlastnosťami takýchto zástupcov sú vysoký stupeň kujnosť a ťažnosť, tvrdosť a pevnosť.

tvár centrovaná mriežka

Kryštalická štruktúra kovov s plošne centrovanou kubickou mriežkou je nasledujúca štruktúra. Toto je kocka, ktorá obsahuje štrnásť atómov. Osem z nich tvorí mriežkové uzly a šesť ďalších je umiestnených na každej ploche.

Majú podobnú štruktúru:

• hliník;
• nikel;
• viesť;
• gama železo;
• meď.

Hlavnými rozlišovacími vlastnosťami sú lesk rôznych farieb, ľahkosť, pevnosť, tvárnosť, zvýšená odolnosť proti korózii.

Šesťhranná mriežka

Kryštálová štruktúra kovov s mriežkami je nasledovná. Elementárna bunka je založená na šesťhrannom hranole. V jeho uzloch je 12 atómov, ďalšie dva na bázach a tri atómy voľne ležia v priestore v strede štruktúry. Iba sedemnásť atómov.

Kovy ako:

• alfa titán;
• horčík;
• alfa kobalt;
• zinok.

Hlavnými vlastnosťami sú vysoký stupeň pevnosti, silný striebristý lesk.

Poruchy kryštálovej štruktúry kovov

Všetky uvažované typy buniek však môžu mať aj prirodzené chyby, alebo takzvané defekty. Môže to byť spôsobené rôznymi dôvodmi: cudzie atómy a nečistoty v kovoch, vonkajšie vplyvy atď.

Preto existuje klasifikácia, ktorá odráža defekty, ktoré môžu mať kryštálové mriežky. Chémia ako veda študuje každú z nich s cieľom identifikovať príčinu a nápravu, aby sa vlastnosti materiálu nezmenili. Takže chyby sú nasledovné.

1. Bod. Prichádzajú v troch hlavných typoch: voľné miesta, nečistoty alebo dislokované atómy. Vedú k zhoršeniu magnetických vlastností kovu, jeho elektrickej a tepelnej vodivosti.
2. Lineárne alebo dislokácia. Prideľte okrajové a skrutkové. Zhoršenie pevnosti a kvality materiálu.
3. povrchové chyby. Ovplyvňujú vzhľad a štruktúru kovov.

V súčasnosti boli vyvinuté metódy na odstránenie defektov a získanie čistých kryštálov. Nie je však možné ich úplne vykoreniť, ideálna kryštálová mriežka neexistuje.

Hodnota vedomostí o kryštálovej štruktúre kovov

Z uvedeného materiálu je zrejmé, že znalosť jemnej štruktúry a štruktúry umožňuje predpovedať vlastnosti materiálu a ovplyvňovať ich. A to vám umožňuje robiť vedu chémie. 9. ročník stredná škola v procese učenia sa kladie dôraz na to, aby študenti jasne pochopili dôležitosť základného logického reťazca: zloženie – štruktúra – vlastnosti – aplikácia.

Informácie o kryštálovej štruktúre kovov veľmi názorne ilustrujú a umožňujú učiteľovi názorne vysvetliť a ukázať deťom, aké dôležité je poznať jemnú štruktúru, aby správne a kompetentne využívali všetky vlastnosti.

Všetky kovy v pevnom stave majú kryštalickú štruktúru. Atómy v pevnom kove sú usporiadané a tvoria kryštálové mriežky (obr. 1).

Ryža. 1. Schémy kryštálové mriežky: a – na telo centrovaný kubický; b - centrovaný na tvár; c - šesťhranné tesne zbalené

Kryštálová bunka predstavuje najmenší objem kryštálu, ktorý poskytuje úplný obraz o atómovej štruktúre kovu a nazýva sa základná bunka.

Kovy sú charakterizované kryštálovými mriežkami troch typov: kubické telo centrované (bcc), v ktorých sú atómy umiestnené vo vrcholoch jednotkovej bunky a jeden v jej strede; plošne centrovaný kubický (fcc), v ktorom sú atómy umiestnené vo vrcholoch jednotkovej bunky a v stredoch jej plôch; hexagonal close-packed (hcp), čo je šesťhranný hranol, v ktorom sú atómy usporiadané v troch vrstvách.

Vlastnosti materiálu závisia od typu kryštálovej mriežky a parametrov, ktoré ju charakterizujú:

1) medziatómová vzdialenosť merané v angstromoch 1°=10 -8 cm

2) hustota balenia ( mriežkový základ je počet častíc na jednotkovú bunku). Kubický jednoduchý - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) koordinačné číslo(KN) - maximálny počet atómov v rovnakej vzdialenosti a umiestnených v najbližšej vzdialenosti od atómu braný ako referenčný bod. Kubický jednoduchý - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Vlastnosti materiálu definované v smere prednej roviny a diagonálnej roviny sú rozdielne – tento jav sa nazýva tzv anizotropia, teda nerovnomerné vlastnosti v rôznych smeroch. Všetky kovové materiály majú túto vlastnosť. Amorfné telesá majú vlastnosť izotropia, t.j. majú rovnaké vlastnosti vo všetkých smeroch.

Kryštálové mriežky môžu mať rôzne štrukturálne nedokonalosti, ktoré výrazne menia vlastnosti materiálu. Skutočný monokryštál má vždy voľný (vonkajší) povrch, na ktorom sa už vplyvom povrchového napätia deformuje mriežka.

Vady vnútorná štruktúra rozdelené na bodové, lineárne a rovinné.

Medzi bodové defekty patria vakancie (keď jednotlivé miesta kryštálovej mriežky nie sú obsadené atómami); dislokované atómy (ak sú jednotlivé atómy v medzerách) alebo atómy nečistôt, ktorých počet je veľmi veľký aj v čistých kovoch. V blízkosti takýchto defektov bude mriežka elasticky zdeformovaná vo vzdialenosti jednej alebo dvoch periód (obr. 2a).

Ryža. 2. Poruchy v kryštálovej mriežke: bod; b - lineárny; c - rovinný

Lineárne defekty sú malé v dvoch rozmeroch a dosť veľké v treťom. Medzi takéto defekty patrí posunutie atómových rovín alebo dislokácie a reťazce voľných miest (obr. 2b). Najdôležitejšou vlastnosťou takýchto defektov je ich pohyblivosť vo vnútri kryštálu a aktívna interakcia medzi sebou a s inými defektmi.

Zmena kryštálovej mriežky materiálu je možná pod vplyvom vonkajších faktorov, menovite teploty a tlaku. Niektoré kovy v pevnom stave v rôznych teplotných rozsahoch získavajú rôzne kryštálové mriežky, čo vždy vedie k zmene ich fyzikálno-chemických vlastností.

Existencia toho istého kovu v niekoľkých kryštalických formách sa nazýva polymorfizmus. Teplota, pri ktorej dochádza k zmene kryštálovej mriežky, sa nazýva teplota polymorfnej premeny. Všetky procesy tepelného spracovania sú založené na tomto jave. Polymorfné modifikácie sa označujú gréckymi písmenami (a, b, g a iné, ktoré sa pridávajú k symbolu prvku ako index).

molekulárne kryštály. Neutrálne molekuly látky sa nachádzajú v uzloch kryštálovej mriežky, pričom interakčné sily medzi nimi sú spôsobené miernym vzájomným posunom elektrónov v elektronické mušle atómov. Tieto sily sa nazývajú van der Waalsove sily, pretože majú rovnakú povahu ako sily príťažlivosti medzi molekulami, čo vedie k odchýlke plynov od ideálu. Molekulových kryštálov je napríklad väčšina Organické zlúčeniny(parafín, alkohol, guma atď.), inertné plyny (Ne, Ar, Kg, Xe) a plyny CO 2, ach 2, N2 v pevnom stave, ľad, ako aj kryštály brómu Br 2, jód 1 2 . Van der Waalsove sily sú pomerne slabé, takže molekulárne kryštály sa ľahko deformujú.

V niektorých pevné látky niekoľko typov komunikácie môže prebiehať súčasne. Príkladom je grafit (šesťhranná mriežka). Grafitová mriežka (obr. 105) pozostáva zo série rovnobežných rovín, v ktorých sú vo vrcholoch umiestnené atómy uhlíka pravidelné šesťuholníky. Vzdialenosť medzi rovinami je viac ako dvojnásobkom vzdialenosti medzi atómami šesťuholníka. Ploché vrstvy sú navzájom spojené van der Waalsovými silami. Vo vrstve sa tvoria tri valenčné elektróny každého atómu uhlíka kovalentná väzba so susednými atómami uhlíka a štvrtý elektrón, ktorý zostáva „voľný“, sa kolektivizuje, ale nie v celej mriežke, ako je to v prípade kovov, ale v rámci jednej vrstvy. V tomto prípade sa teda uskutočňujú tri typy komunikácie: homeopolárna a kovová - v rámci tej istej vrstvy; van der Waals – medzi vrstvami. To vysvetľuje mäkkosť grafitu, pretože jeho slony sa môžu navzájom posúvať.

Rozdiel v štruktúre kryštálových mriežok dvoch typov uhlíka – grafitu a diamantu – vysvetľuje rozdiel v ich fyzikálne vlastnosti: mäkkosť grafitu a tvrdosť diamantu; grafit je vodič elektriny, diamant je dielektrikum (bez voľných elektrónov) atď.

Usporiadanie atómov v kryštáloch charakterizuje aj koordinačné číslo - počet najbližších susedných atómov rovnakého typu s daným atómom v kryštálovej mriežke alebo molekulami v molekulových kryštáloch. Pre obrázok modelky

Tvorba kryštálových štruktúr z atómov a iónov využíva systém hustého balenia guľôčok. Vzhľadom na najjednoduchší prípad hustého balenia guľôčok rovnakého polomeru na rovine prichádzame k dvom spôsobom ich usporiadania (obr. 106, a, b). Správne balenie je hustejšie, pretože pri rovnakom počte guľôčok je plocha kosoštvorca so stranou rovnú stranu námestie, menšiu plochu námestie. Ako je zrejmé z obrázku, rozdiel v balíkoch sa znižuje na rozdiel v koordinačných číslach: v ľavom balíku je koordinačné číslo 4, v pravom - b, t. čím hustejšie je balenie, tým väčšie je koordinačné číslo.

Uvažujme, za akých podmienok môže husté usporiadanie guľôčok v priestore zodpovedať tej či onej kryštalickej štruktúre uvedenej vyššie. Začnime stavať mriežku z vrstvy guľôčok znázornených na obr. 106 6. Pre zjednodušenie ďalšieho uvažovania premietneme stredy loptičiek na rovinu, na ktorej ležia, pričom ich označíme bielymi krúžkami (obr. 107). Na rovnakú rovinu premietneme stredy medzier medzi guľôčkami, ktoré sú naznačené na obr. 107 s čiernymi krúžkami a krížikmi. Akákoľvek tesne zbalená vrstva sa bude nazývať vrstva Čo ak stredy jeho guľôčok sú umiestnené nad šedými kruhmi, vrstvou AT- ak cez červené kruhy, vrstvite OD- ak nad krížikmi. Nad vrstvou ALE položíme druhú tesne zbalenú vrstvu tak, aby každá gulička tejto vrstvy ležala na troch guličkách prvej vrstvy. Dá sa to urobiť dvoma spôsobmi: brať to ako druhú vrstvu, príp AT, alebo OD. Tretia vrstva "môže byť opäť stohovaná dvoma spôsobmi atď. Takže husté balenie možno opísať ako postupnosť ABWAS..., v ktorých vrstvy označené rovnakými písmenami nemôžu stáť vedľa seba.

Z mnohých možných kombinácií v kryštalografii sú skutočne dôležité dva typy balenia: 1) dvojvrstvové balenie ABABAB...- šesťuholníková uzavretá štruktúra (obr. 108); 2) trojvrstvové balenie ABC...- kubická plošne centrovaná štruktúra (obr. 109). V oboch mriežkach je koordinačné číslo 12 a hustota balenia je rovnaká - atómy zaberajú 74% celkového objemu kryštálu. Koordinačné číslo zodpovedajúce kubickej mriežke centrovanej na telo je 8, diamantová mriežka (pozri obr. 104) je 4.

Okrem dvoj- a trojvrstvových obalov je možné zostaviť viacvrstvové obaly s dlhou dobou opakovania rovnakých vrstiev, napr. AVSVASAVSVASS...- šesťvrstvové balenie. Existuje modifikácia karbidu SiC s periódou opakovania 6, 15 a 243 vrstiev.

Ak je kryštál postavený z atómov rôznych prvkov, môže byť reprezentovaný ako hustá zmes guľôčok rôznych veľkostí. Na obr. 110 znázorňuje modelový obrázok kryštálu soli. Veľké ióny chlóru (r = 181 pm) tvoria hustú trojvrstvovú náplň, v ktorej sú veľké dutiny vyplnené menšími.

veľkosť so sodíkovými iónmi (r = 98 pm). Každý ión Na je obklopený šiestimi iónmi O a naopak každý ión C1 je obklopený šiestimi iónmi Na.

Poruchy kryštálov

Ideálne kryštálové štruktúry uvažované v § 71 existujú len vo veľmi malých objemoch skutočných kryštálov, v ktorých vždy existujú odchýlky od usporiadaného usporiadania častíc v miestach mriežky, nazývané mriežkové defekty. Defekty sa delia na makroskopické, vznikajúce v procese tvorby a rastu kryštálov (napríklad praskliny, póry, cudzie makroskopické inklúzie) a makroskopické, v dôsledku mikroskopických odchýlok od periodicity.

Mikrodefekty sa delia na bodové a lineárne. Bodové defekty sú troch typov: 1) vakancia – absencia atómu v mieste kryštálovej mriežky (obr. 111, a); 2) intersticiálny atóm - atóm; vložené do intersticiálneho priestoru (obr. 111, 6); 3) atóm prímesi - atóm prímesi, alebo substituujúci atóm hlavnej látky v kryštálovej mriežke (substitučná prímes, obr. 111, v), alebo zavedená do intersticiálneho priestoru (prímes introdukcie, obr. 111, b; len v medzerách je namiesto atómu hlavnej látky atóm prímesi). Bodové defekty porušujú v kryštáloch iba poradie krátkeho dosahu bez ovplyvnenia rádu dlhého dosahu - to je ich charakteristická vlastnosť.

Lineárne defekty narúšajú ďalekonosný poriadok. Ako vyplýva z experimentov, mechanické vlastnosti kryštálov sú do značnej miery určené defektmi špeciálneho typu - dislokáciami. Dislokácie sú lineárne defekty, ktoré narúšajú správne striedanie atómových rovín.

Dislokácie sú okrajové a skrutkové. Ak sa jedna z atómových rovín odlomí vo vnútri kryštálu, potom okraj tejto roviny tvorí okrajovú dislokáciu (obr. 112, a). V prípade skrutkovej dislokácie (obr. 112, b) sa žiadna z atómových rovín vo vnútri kryštálu neodlomí a samotné roviny sú len približne rovnobežné a blízko seba, takže v skutočnosti kryštál pozostáva z jednej atómová rovina, zakrivená pozdĺž špirálovej plochy.

Hustota dislokácií (počet dislokácií na jednotku plochy povrchu kryštálu) pre dokonalé monokryštály je 10 2 -10 3 cm -2, pre deformované kryštály - 10 10 -10 12 cm - 2 . Dislokácie sa nikdy neodlamujú, buď vychádzajú na povrch, alebo sa rozvetvujú, takže v skutočnom kryštáli vznikajú ploché alebo priestorové siete dislokácií. Dislokácie a ich pohyb je možné pozorovať pomocou elektrónového mikroskopu, ako aj metódou selektívneho leptania - na miestach, kde dislokácie vystupujú na povrch, vznikajú leptacie jamky (intenzívna deštrukcia kryštálu pôsobením činidla), ktoré „prejavujú“ dislokácie.

Štúdium kovov v súlade s periodický systém prvkov Mendelejeva ukazuje, že s výnimkou Mn a Hg prvky podskupiny A, vrátane prechodných kovov a väčšiny prvkov vzácnych zemín, ako aj kovy podskupín IB a IIB a niektoré prvky skupiny IIIB, vrátane Al, tvoria jeden prvok. z nasledujúcich typických kovových konštrukcií:

1 - kubická plošne centrovaná mriežka (fcc)

kubická plošne centrovaná mriežka tieto kovy majú: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt atď.

V kubickej plošne centrovanej mriežke sú atómy umiestnené vo vrcholoch jednotkovej bunky a v stredoch jej plôch (obr. 1.5).

Každý atóm v tejto mriežke je obklopený 12 najbližšími susedmi umiestnenými v rovnakých vzdialenostiach = 0,707×a, kde a- elementárny okraj bunky. Počet najbližších susedov rovný 12 sa nazýva koordinačné číslo kryštálovej mriežky. Okrem týchto najbližších atómov je v kryštálovej mriežke 6 atómov, vzdialených v oveľa väčších vzdialenostiach, rovnajúcich sa a.

Uvažovaná kryštálová mriežka má dva typy dutín (medzipriestorov, v ktorých sa môžu nachádzať menšie atómy iných prvkov v zliatinách), ktoré tvoria intersticiálne tuhé roztoky.

Najväčšie internódiá alebo dutiny sú v strede kocky a v strede jej okrajov. Každá z týchto dutín je obklopená šiestimi atómami mriežky fcc, ktoré zaberajú miesta vo vrcholoch pravidelného osemstenu. V tomto ohľade sa nazývajú oktaedrické dutiny (obrázok 1.5, b). Takéto polohy rôznych prvkov v plošne centrovanej kubickej mriežke sú obsadené atómami Na a Cl v mriežke NaCl. Rovnaké pozície zaberá uhlík v mriežke g-Fe.

Okrem týchto dutín v mriežke fcc existujú menšie dutiny, nazývané tetraedrické, pretože sú obklopené 4 atómami. Celkovo je v mriežke fcc 8 štvorstenných dutín (obrázok 1.5, v).

Rozmery štvorstenných a oktaedrických dutín môžeme cítiť, ak predpokladáme, že mriežka je postavená z tuhých guľôčok s polomerom r, ktoré sú vo vzájomnom kontakte; v tomto prípade by sa do existujúcich medzier mohli umiestniť gule s polomerom 0,41 r a 0,225 r pre oktaedrické a tetraedrické dutiny.

Najhustejšie zložené roviny v štruktúre kocky so stredom tváre sú roviny znázornené na obrázku. ich symbol(111) (Obrázok 1.5., G).

kubická mriežka centrovaná na telo A 2 (bcc) majú kovy a - Fe, chróm, volfrám, molybdén, vanád, sodík, lítium a ďalšie. Štruktúra A 2 je menej husto zabalená.

Atómy v mriežke bcc sú umiestnené vo vrcholoch a v strede základnej bunky (obrázok 1.6).

Každý atóm v tejto bunke má 8 najbližších susedov umiestnených vo vzdialenosti, kde a je dĺžka hrany kocky. Preto je koordinačné číslo mriežky 8. Niekedy sa označuje (8 + 6), pretože Ďalšie najvzdialenejšie atómy sa nachádzajú vo vzdialenosti a, ich počet je 6.

V štruktúre bcc sú tiež 2 typy dutín. Veľké zaberajú pozície na stranách kocky (obrázok 1.6, v). Sú obklopené 4 atómami umiestnenými vo vrcholoch štvorstenu, ktorých okraje sú párovo rovnaké. Menšie dutiny obklopené 6 atómami, ktoré zaberajú miesta vo vrcholoch nepravidelného osemstenu, sa nachádzajú v strede okrajov a plôch bunky (obrázok 1.6, G). Ak je štruktúra mriežky bcc postavená z tuhých guľôčok, potom môžu byť gule s polomerom 0,292 r umiestnené do štvorstenných dutín a 0,154 r do oktaedrických dutín.

Touto cestou, maximálna veľkosť guľa, ktorú je možné umiestniť do dutín hustejšie zhustenej mriežky fcc, sa ukáže byť väčšia ako v mriežke bcc.

Zavedenie ďalších atómov do oktaedrického póru mriežky bcc spôsobí posunutie dvoch atómov v smere rovnobežnom s okrajom kocky, čo spôsobí, že sa mriežka rozšíri v tomto smere. V štruktúre martenzitu, kde sú atómy uhlíka zavedené do oktaedrických dutín umiestnených iba na okrajoch rovnobežných s osou C a v stredoch plôch kolmých na túto os, to vedie k tetragonálnej deformácii mriežky a-Fe.

Najhustejšie zaplnené roviny bcc sú 12 roviny z rodiny (110) (obrázok 1.6. b). V týchto rovinách existujú 2 smery, v ktorých sa môžu tuhé guľôčky dotýkať.

Šesťhranná uzavretá mriežka A3 (hcp) majú kovy ako Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Šesťhranné sito je postavené zo samostatných vrstiev a to tak, že každý atóm ktorejkoľvek vrstvy je obklopený 6 susedmi umiestnenými v rovnakých vzdialenostiach patriacich do tej istej vrstvy a navyše má troch najbližších susedov vo vrstvách umiestnených nad a pod touto vrstvou (obrázok 1.7).

Vzdialenosť medzi atómami v šesťuholníkových vrstvách je označená a, výška bunky v s. Šesť najbližších susedov umiestnených v susedných vrstvách bude tiež vo vzdialenosti a od tohto atómu, ak je pomer osí s/a je, potom sa takáto štruktúra nazýva ideálna uzavretá štruktúra. Okrem toho je koordinačné číslo v tomto prípade, ako aj v mriežke fcc, 12.

Väčšina kovov so šesťuholníkovou tesne uzavretou mriežkou má pomer osí s/a= 1,56 - 1,63. Výnimkou sú Zn a Cd (1,86; 1,89). Je to spôsobené tým, že elektrónové oblaky atómov Zn a Cd nemajú sférickú symetriu a sú predĺžené pozdĺž osi C. V šesťuholníkovej tesne zbalenej mriežke, ako aj vo fcc, existujú 2 typy dutín: oktaedrický a tetraedrický (obrázok 1.7, b).

Priemery tvrdých guľôčok, ktoré je možné umiestniť do týchto dutín, ako aj pre fcc, sú 0,41 r a 0,225 r.

Stačí sa pozrieť na konštrukciu tesne uzavretých rovín mriežky fcc (111) (obrázok 1.8, a) nájsť úplnú analógiu v konštrukcii atómov v týchto dvoch mriežkach. Rozdiel medzi týmito mriežkami je striedanie vrstiev. Ak v šesťhrannej mriežke dochádza k striedaniu vrstiev ABAB atď., potom v mriežke fcc: ABCABC (obrázok 1.8, b), t.j. toto využíva tretiu možnú polohu tesne zbalenej vrstvy.

Rozdiel v pomere energie medzi týmito dvoma mriežkami je nepatrný a v súvislosti s tým môže byť postupnosť striedajúcich sa vrstiev ľahko narušená pri plastickej deformácii, ako aj v dôsledku objavenia sa defektov kryštálu pri jeho raste, tzv. -tzv. stohovacie chyby.

Zjavný rozdiel v konštrukcii hcp a fcc mriežok teda nie je vôbec veľký (obrázok 1.8).

Uhlík vo forme diamantu, kremíka, germánia, a - cínu (sivý) má dvojitý kubický diamant typu mriežky(Obrázok 1.9). Od mriežky fcc sa líši prítomnosťou štyroch ďalších atómov v štyroch z ôsmich štvorstenných dutín. V dôsledku toho je štruktúra voľnejšia.

Každý atóm diamantu je obklopený iba štyrmi najbližšími susedmi umiestnenými v rohoch pravidelného štvorstenu. Koordinačné číslo takejto štruktúry je 4.

Ako je uvedené vyššie, rovnaké kovy pri rôznych teplotách môžu mať rôzne kryštálové štruktúry, čo je spôsobené ich alotropiou.

Alotropická (polymorfná) transformácia je zmena priestorovej mriežky kryštalického telesa.

Ako príklady alotropných premien možno uviesť premenu nízkoteplotnej alotropnej formy a - Fe s telesne centrovanou kubickou mriežkou na vysokoteplotnú formu g - Fe s plošne centrovanou kubickou mriežkou, pri teplote 910 °C. ° C a následnou premenou pri teplote 1392 ° C g - Fe na d - Fe s telesne centrovanou kubickou mriežkou podobnou a - Fe. Podobné premeny možno pozorovať u titánu, zirkónu atď. V titáne a zirkóniu je nízkoteplotnou alotropickou formou a - Ti, a - Zr so šesťuholníkovou tesne uzavretou mriežkou. Pri teplotách nad 882°C pre titán a 862°C pre zirkónium vzniká b-Ti a b-Zr, ktoré majú mriežku centrovanú na telo.

Ako ste videli, je to alotropická transformácia atómová štruktúra kryštalické telo sa pri zahrievaní a ochladzovaní mení. Samotný proces preskupovania kryštálovej mriežky prebieha izotermicky pri konštantnej teplote, krivka ochladzovania zliatiny prechádzajúcej alotropickými premenami je podobná krivke pozorovanej pri tuhnutí tekutého kovu. Teplota prechodu sa nazýva kritický bod transformácie. Pri teplote (T 0) sa pozoruje fázová rovnováha dvoch alotropných odrôd.

Podobne ako pri procese kryštalizácie dochádza k alotropnej premene s absorpciou tepla pri zahrievaní a jeho uvoľňovaním pri ochladzovaní. Alotropická premena (tiež analogicky s procesom kryštalizácie) prebieha tvorbou zárodkov a ich následným rastom, a preto prebieha vždy za prítomnosti podchladenia (pri ochladzovaní) a prehriatia pri zahrievaní.

Alotropická transformácia, ako aj proces kryštalizácie, nastáva v súvislosti s túžbou systému znížiť voľnú energiu.