Пространственные решетки чистых металлов

Категория:
Металлы


Пространственные решетки чистых металлов

Связь атомов в металлах называется металлической. Основные ее черты представляются в следующем виде. Металлам, как было выяснено выше, присуще упорядоченное расположение атомов в пространстве. Точнее говоря, такое упорядоченное, относительно жестко фиксированное в пространстве расположение занимают не атомы, а ионы, в то время как валентные электроны большинства атомов, принадлежащих данному объему металлического вещества, оказываются как бы общими для данного объема металла, легко перемещающимися в нем и образующими нечто вроде электронного газа или электронной жидкости.

Электронная жидкость возникает за счет перемещения валентных электронов с внешней орбиты одного атома на внешнюю орбиту соседнего атома и этим свободным обменом осуществляет связь, т. е. создает силы сцепления между ионами металла.

Расположение в пространстве ионов или атомов металлических кристаллов подчиняется строгим геометрическим закономерностям. Атомы металлов образуют определенную объемную конструкцию, следуя по которой в каком-нибудь выбранном направлении, мы будем встречать атомы, находящиеся друг от друга на строго определенном расстоянии. Такую конструкцию или каркас из ионов, окруженный электронной жидкостью, принято называть пространственной кристаллической решеткой, объемной кристаллической решеткой, или просто атомной решеткой.

Можно представить себе, что любая пространственная решетка получается путем повторения в пространстве некоторого минимального объема, содержащего в себе определенное количество атомов. Этот минимальный объем обычно называют первичной или элементарной кристаллической ячейкой. Кристаллические ячейки пространственных решеток, наиболее часто встречающихся у металлов, схематически изображены на рис. 3.

Рис. 1. Основные виды элементарных ячеек кристаллических решеток металлов: 1 — кубическая объемноцентрированная; 2 — кубическая гранецент-рированная; 3 — гексагональная; 4 — тетрагональная; 5 — ромбоэдрическая

Металлы кристаллизуются в простых кристаллических формах, а именно в таких, все грани которых связаны элементами симметрии.

Атомы в них расположены в так называемых узлах решетки, как это показано на схемах (рис. 1). Здесь следует иметь в виду, что фактически центры атомов совершают некоторое колебательное движение около узлов пространственной решетки с периодом колебаний Ю-12—Ю-13сек, сами атомы должны быть изображены в виде сфер гораздо большего диаметра, чем на рис. 3, примерно так, как показано на рис. 2.

Доказано, что у реальных металлов не существует пространственных решеток с совершенно одинаковыми параметрами.

Свойства металлов во многом определяются типом пространственной решетки и плотностью упаковки атомов.

Подобно шарам равного диаметра, способным по-разному размещаться в пространстве при укладывании в несколько слоев, атомы в кристаллической решетке могут быть расположены в одинаковых объемах в большем или меньшем количестве, т. е. с большей или меньшей плотностью упаковки.

При оценке плотности упаковки атомов в пространственных решетках различных типов удобно использовать так называемый коэффициент компактности или коэффициент упаковки, показывающий долю фактически занятого атомами объема решетки и потому всегда имеющий значение меньше единицы.

Степень сближения и упаковки атомов в кристаллических решетках характеризуют также числом ближайших соседей, окружающих каждый данный атом в решетке.

Рис. 2. Модель ячейки кубической объемно-центрированной решетки

Это число обычно называют координационным. Для металлов оно изменяется в пределах от 6 до 12.

Отметим, что подавляющее большинство металлов кристаллизуется с плотной упаковкой атомов (кубическая объемно-центрированная решетка) и наиболее плотной упаковкой (кубическая гранецентрированная и гексагональная решетки).

Наличие плотной упаковки, видимо, определяется металлическим характером связи в атомной решетке металлов. Чем большее число соседей окружает атом и чем ближе атомы расположены друг к другу, тем легче и устойчивей может проявить себя металлическая связь.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум