ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Металлическая связь и кристаллы металлов из "Химия" Металлические кристаллы отличаются от всех остальных кристаллов высокой пластичностью, электропроводностью и теплопроводностью. Эти свойства, а также и многие другие, обусловлены особым видом связи между атомами металла — металлической связью. Она возникает между атомами металлов в результате их сближения за счет перекрытия внешних орбиталей. Эта связь не является ковалентной неполярной связью, так как электроны не фиксируются между двумя атомами, а переходят в состояние проводимости и могут принадлежать всем атомам данного кристалла и даже куска металла, содержащего громадное количество кристаллических зерен. Эти мигрирующие электроны, или обобщенные электроны, — электроны проводимости (свободные электроны или электронный газ) — и осуществляют ненаправленную связь между остовами атомов в кристаллической решетке металлов (подробнее о возникновении металлической связи см. гл. IX). [c.112] Металлическая связь представляет собой результат перекрытия делокализованных орбиталей атомов, сближающихся между собой в кристаллической решетке металлических кристаллов. [c.112] Особенностью кристаллической структуры металлов являются высокие координационные числа (8—12), свидетельствующие о большой плотности упаковки в кристаллических ячейках. Высокая плотность упаковки объясняется тем, что остовы атомов, лишенные внешних электронных уровней, укладываются в пространстве как шары одинакового радиуса. Типичные для металлов кристаллические решетки показаны на рис. 69. [c.112] Следовательно, п=8(У8)-Н - -6(У2)=4 г) плотность упаковки в данной решетке составляет / 74%. [c.113] РЬ и др. решетка плотной упаков-к и (П2) (рис. 69, в) более сложная, но по степени упаковки совпадает с гранецентрированной кубической. Ее данные а) координационное число =12 б) кратчайшее расстояние между центрами атомов а равно стороне правильного шестиугольника основания призмы. Все атомы, если их представить шарами радиусом а/2, будут в этой решетке касаться друг друга. Поэтому высота призмы к в идеальном случае (Mg, Ве) должна быть равна 1,63 а или двум высотам тетраэдров, построенных из этих шаров в) число атомов, необходимых для построения, равно 6. На каждой вершине призмы расположен атом, одновременно принадлежащий шести сходящимся в одной точке решеткам. Вершин 12хУе=2. В центре верхнего и нижнего основания лежат атомы, половина которых относится к данной решетке 2хУ2=. Внутри призмы находятся еще три атома и всего получается п=12 х Ув4-2 х У2+3=6 г) плотность упаковки 74%. [c.113] В таких решетках кристаллизуется Ве, Mg, 2п,а-Т1 и др. [c.113] особенно в сложных сплавах, рентгеновским исследованием можно выявить образовавшиеся в процессе крйсталлизации фазы, которые нельзя получить в изолированном, чистом состоянии (карбиды, нитриды карбонитриды и т. д.). Данные рентгенографического исследования можно использовать для определения плотности кристалла. Эта так называемая рентгенографическая плотность не зависит от нарушений кристаллической структуры реального вещества (поры, несплошности, вакансии, дислокации и т. д.) и принимается эталонной. [c.114] Дефекты кристаллической структуры. По мере совершенетвования методов изучения кристаллов (прецизионные методы рентгеновского анализа, микроскопия и электроноскопия) оказалось, что кристаллические тела не являются идеальными, а обладают рядом дефектов кристаллической структуры. Грубые дефекты кристаллической структуры, образующиеся при получении кристаллов, — поры, трещины мь1 не рассматриваем, так как они обычно получаются при нарушении технологии отливки или сварки металлов или при выращивании кристаллов из расплавов, растворов или из газовой фазы. Нарушения микроструктуры кристаллов обнаруживаются с большим трудом, но так как они сильно влияют на физические свойства твердых тел, то их изучение в настоящее время ведется весьма интенсивно. [c.114] Все дефекты кристаллической структуры можно условно разделить на два типа точечные и линейные. [c.114] Линейные дефекты или дислокации возникают при пластических деформациях кристалла и нарушении совпадения кристаллических плоскостей. Линейные дислокации могут зарождаться не только за счет внешней силы, вызывающей деформацию, но и за счет внутренних напряжений (при нагреве или охлаждении и т. д.). На рис. 71 показано возникновение дислокации при пластической деформации идеального кристалла. [c.115] Дислокации могут быть положительными и отрицательными, а самое главное, они могут перемещаться в теле кристалла, накапливаться в месте наибольших напряжений и т. д. Дислокации могут выходить на поверхность кристалла и создавать нарушения поверхностного слоя. [c.115] Винтовые дислокации также возникают при деформациях, но уже сдвига. На рис. 72 показано, возникновение двух дислокаций — правой и левой — при неполном сдвиге одной части кристалла относительно основной его массы. [c.115] Мозаичная, или блочная, кристаллическая структура получается в результате сращивания отдельных кристаллических зерен под некоторым весьма малым углом (доли градуса). В такой мо-заЛной структуре даже в пределах одного зерна возникает область на границе между блоками, содержащая большое число нарушений кристаллической структуры (дислокации, вакансии). Естественно, при этом снижаются прочностные свойства поликристаллических конструкционных материалов. [c.116] Примесные атомы, входящие в кристаллическую решетку основного металла (матрицы), также создают искажение кристаллической структуры (рис. 73). [c.116] Широта области гомогенности. Наличие нарушений кристал 1и-ческой структуры, особенно при внедрении атомов примеси до концентрации, еще не вызывающей перестройку данной решетки, создает изменение химического состава кристалла при сохранении его формы. Как известно, пределы изменения химического состава при сохранении кристаллической структуры вещества называют широтой области гомогенности. [c.117] Обычно ионные криста.длы отличаются небольшой широтой области гомогенности (1—5%), однако к таким кристаллам уже нельзя полностью применять закон постоянства состава. Значительно больше широта области гомогенности у соединений металлов с углеродом, бором, кремнием, азотом, водородом и кислородом, сохраняющих до известной степени металлический характер связи (электропроводность). [c.117] Вернуться к основной статье