Металлы, особенности атомно-кристаллического строения. Основные параметры кристаллической решетки.


Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определённым набором свойств:

– «металлический блеск»;

– пластичность;

– высокая теплопроводность;

– высокая электропроводность.


Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объёму металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.

Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».


Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определённым порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решётка.


Кристаллическая решетка – это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.


Элементарная ячейка – элемент объёма из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл.


Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:


– размеры рёбер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решётки – расстояния между центрами ближайших атомов. В одном направлении выдерживаются строго определёнными.

– углы между осями (альфа, бета, гамма).

– координационное число (К), указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке.

– базис решетки (количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки).

– плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74).


Формула

Схема кристаллической решетки

Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа:


– примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;

– базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;

– объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;

– гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней.

Формула

а – объемно-центрированная кубическая; б – гране-центрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная

Основными типами кристаллических решёток являются:

1) Объемно-центрированная кубическая (ОЦК), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, Fe (с индексом альфа вроде));

2) Гранецентрированная кубическая (ГЦК) атомы располагаются в вершинах куба и по центру каждой из 6 граней (Ag, Au, Fe), с индексом гамма вроде;

3) Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник: бывает простая и плотноупакованная.


К списку Рандомный вопрос