Виды кристаллических решёток

АЛЛОТРОПИЯ

В твёрдом состоянии металлы и металлические сплавы обладают кристаллическим строением со строго определённым расположением атомов. Кристаллические тела состоят из множества мелких зёрен (кристаллитов) внутри которых атомы расположены закономерно, образуя в пространстве правильную кристаллическую решетку. В идеальной кристаллической решетке атомы находятся на определённых расстояниях друг от друга и располагаются в определённых местах. Такое упорядоченное расположение атомов отличает кристаллическое тело от аморфного.

Металлы имеют кристаллические решётки различных типов. Чаще всего встречаются: кубическая объёмно-центрированная (ОЦК), кубическая гранецентрированная (ГЦК), гексагональная плотноупакованная ГПУ) кристаллические решётки.

Показанные на рис.1.1 наименьшие объёмы кристаллов называются элементарными кристаллическими ячейками, с помощью которых представляют атомное строение металлов.

Кубическую объёмно-центрическую решётку имеют литий, калий, рубидий, ванадий, молибден, вольфрам, ниобий, тантал, α -железо и др. металлы.

Кубическую гранецентрированную решётку имеют свинец, никель, серебро, золото, медь, алюминий, платина, кальций, γ -железо, церий, α -кальций и др.

Гексагональную плотноупакованную решётку имеют магний, цинк, кадмий, рений, бериллий, гафний, титан (α -фаза), осмий и др.

Рис. 1.1. Элементарные кристалли­ческие ячейки: а — кубическая объемно-центрированная; б— куби­ческая гранецентрированная; в — гексагональная плотноупакованная

Размеры кристаллической решётки характеризуется расстоянием между центрами соседних атомов, находящихся в вершинах элементарных ячеек, называемым параметром или периодом решётки. Кубические решётки характеризует один параметр -длина ребра куба а, а гексагональную - два параметра а и с или их отношение с/а.

Полиморфизмом или аллотропией называют способность металла в твёрдом состоянии при изменении температуры перестраивать свою кристаллическую решётку. Полиморфные превращения сопровождаются выделением или поглощением теплоты, а также изменением свойств металла. Различные аллотропические состояния называют модификациями. Каждой модификации свойственно оставаться устойчивой лишь в пределах определённого для данного металла интервала температур. Аллотропические формы обозначаются греческими буквами α, β, γ и т.д. На кривых охлаждения и нагрева переход их одного состояния в другое характеризуется остановкой (для чистых металлов) или изменением характера кривой (для сплавов). При аллотропических превращениях, кроме изменения свойств (теплопроводности, электропроводности, механических, магнитных и др.), наблюдаются изменения объёма металла и растворимости (например, углерода в железе). Аллотропические превращения свойственны многим металлам (железу, олову, титану и др.). Железо известно в двух полиморфных модификациях – α и γ

Рис. 1.2. График полиморфных превращений железа

Вопросы для повторения и закрепления:

1. Какие виды пространственных кристаллических решёток чаще всего

встречаются у металлов?

2. Какими параметрами характеризуется кристаллическая решётка?

3. Какое явление называется аллотропией?

4. Чем отличаются кристаллические решётки у различных металлов?

5. Влияет ли полиморфизм на изменение свойств металла?