Кристални решетки. Видове кристални решетки

Лицецентрирана кубична клетка, свързана с кубичната система; Вижте също: клетъчна електролитна клетка, лицево центрирана клетка...

клетка- : Вижте също: електролитна клетка, лицево-центрирана клетка, базово-центрирана клетка ... Енциклопедичен речник по металургия

КУБИЧНА КЛЕТКА С ЛИЦЕВО ЦЕНТР- един от 14 вида решетки Bravais. Характеризира се с подреждането на възли във върховете и в центровете на всички лица на куба. Геоложки речник: в 2 тома. М.: Недра. Редактирано от K. N. Paffengolts и др. 1978 г. ... Геологическа енциклопедия

кубична система- кристалографска сингония, която се характеризира със съотношението между ъглите и ръбовете на единичната клетка на кристала: a = b = c, α = β = γ = 90º. Подразделя се на 5 класа (групи на точкова симетрия). * * * КУБИЧНА СИНГОНИЯ КУБИК… … енциклопедичен речник

кубична решетка (K6)- кристална решетка, чиято елементарна клетка принадлежи към кубичната сингония; Вижте също: Решетъчна триклинна решетка тетрагонална решетъчна пространствена решетка … Енциклопедичен речник по металургия

Кубична система

Кубична лицево-центрирана решетка- В кристалографията кубичната система е една от седемте сингонии. Единичната клетка на кубичен кристал се определя от три вектора с еднаква дължина, перпендикулярни един на друг. В кубичната сингония има три вида решетки Браве: ... ... Уикипедия

Кубична решетка- В кристалографията кубичната система е една от седемте сингонии. Единичната клетка на кубичен кристал се определя от три вектора с еднаква дължина, перпендикулярни един на друг. В кубичната сингония има три вида решетки Браве: ... ... Уикипедия

електролитна клетка- съд с електролит, оборудван с електроди, в който се осъществяват електрохимични реакции; основният конструктивен елемент на промишлените електролизатори. Дизайните на електролитните клетки са изключително разнообразни. В… … Енциклопедичен речник по металургия

лицево-центрирана клетка- елементарна клетка от кристал под формата на паралелепипед, в центъра на всяка страна на който има допълнителен атом, който е от същия тип като атомите във върховете му; Вижте също: електролитна клетка... Енциклопедичен речник по металургия

молекулярни кристали. Неутралните молекули на веществото са разположени в възлите на кристалната решетка, силите на взаимодействие между които се дължат на леко взаимно изместване на електроните в електронните обвивки на атомите. Тези сили се наричат сили на ван дер Ваалс, тъй като са от същото естество като силите на привличане между молекулите, което води до отклонение на газовете от идеалността. Молекулните кристали са например повечето органични съединения (парафин, алкохол, каучук и др.), инертни газове (Ne, Ar, Kr, Xe) и CO 2 газове, О 2, N2 в твърдо състояние, лед, както и кристали бром Br 2 , йод 1 2 . Силите на Ван дер Ваалс са доста слаби, така че молекулярните кристали лесно се деформират.

В някои твърди тела могат да се осъществят няколко вида комуникация едновременно. Пример е графит (шестоъгълна решетка). Графитната решетка (фиг. 105) се състои от поредица от успоредни равнини, в които въглеродните атоми са разположени във върховете на правилните шестоъгълници. Разстоянието между равнините е повече от два пъти разстоянието между атомите на шестоъгълника. Плоските слоеве са свързани помежду си чрез ван дер Ваалсови сили. В рамките на слоя три валентни електрона на всеки въглероден атом образуват ковалентна връзка със съседни въглеродни атоми, а четвъртият електрон, оставащ "свободен", се колективизира, но не в цялата решетка, както в случая на метали, а в рамките на един слой. Така в този случай се осъществяват три вида комуникация: хомеополярна и метална – в рамките на един и същи слой; ван дер Ваалс - между слоевете. Това обяснява мекотата на графита, тъй като слоновете му могат да се плъзгат един спрямо друг.

Разликата в структурата на кристалните решетки на два вида въглерод - графит и диамант - обяснява разликата във физическите им свойства: мекотата на графита и твърдостта на диаманта; графитът е проводник на електричество, диамантът е диелектрик (без свободни електрони) и т.н.

Подреждането на атомите в кристалите се характеризира и с координационно число – броят на най-близките съседни атоми от същия тип с даден атом в кристалната решетка или молекули в молекулните кристали. За образ на модел

Образуването на кристални структури от атоми и йони използва система от плътно опаковане на топки. Разглеждайки най-простия случай на плътно опаковане на топки със същия радиус в равнина, стигаме до два начина за подреждането им (фиг. 106, а, б).Правилната опаковка е по-плътна, тъй като при равен брой топки площта на ромб със страна, равна на страната на квадрат, е по-малка от площта на квадрат. Както се вижда от фигурата, разликата в пакетите се свежда до разликата в координационните числа: в левия пакет координационният номер е 4, в десния - b, t. колкото по-плътна е опаковката, толкова по-голямо е координационното число.

Нека разгледаме при какви условия плътното опаковане на сфери в пространството може да съответства на една или друга кристална структура, дадена по-рано. Нека започнем да изграждаме решетката от слоя топки, показан на фиг. 106 6. За да опростим по-нататъшните разсъждения, проектираме центровете на топките върху равнината, на която лежат, като ги обозначаваме с бели кръгове (фиг. 107). В същата равнина проектираме центровете на пролуките между топките, които са посочени на фиг. 107, съответно, с черни кръгове и кръстчета. Всеки плътно опакован слой ще се нарича слой И акоцентровете на топките му са разположени над сивите кръгове, слой IN- ако е над червени кръгове, слой ОТ- ако над кръстовете. Над слой НОполагаме втория плътно набит слой, така че всяка топка от този слой да лежи върху три топки от първия слой. Това може да стане по два начина: вземете го като втори слой или В,или ОТ.Третият слой "може да бъде подреден отново по два начина и така нататък. Така че плътното опаковане може да се опише като последователност АБВАС...,в които слоеве, маркирани със същите букви, не могат да стоят един до друг.

От многото възможни комбинации в кристалографията, два вида опаковки са от истинско значение: 1) двуслойна опаковка АБАБАБ...- шестоъгълна плътно уплътнена структура (фиг. 108); 2) трислойна опаковка АБВ...- кубична лицевоцентрирана структура (фиг. 109). И в двете решетки координационното число е 12, а плътността на опаковката е една и съща – атомите заемат 74% от общия обем на кристала. Координационното число, съответстващо на кубичната телецентрирана решетка е 8, диамантената решетка (виж фиг. 104) е 4.

В допълнение към дву- и трислойните пакети е възможно да се изградят многослойни пакети с дълъг период на повторение на идентични слоеве, напр. AVSVASAVSVASS...- шестслойна опаковка. Има модификация на SiC карбид с период на повторение от 6, 15 и 243 слоя.

Ако кристалът е изграден от атоми на различни елементи, тогава той може да бъде представен като плътна опаковка от топки с различни размери. На фиг. 110 показва образно изображение на солен кристал. Големите хлорни йони (r = 181 pm) образуват плътна трислойна опаковка, в която големите празнини са запълнени с по-малки.

размер с натриеви йони (r = 98 pm). Всеки Na йон е заобиколен от шест O йона и, обратно, всеки C1 йон е заобиколен от шест Na йона.

Дефекти в кристалите

Идеалните кристални структури, разгледани в § 71, съществуват само в много малки обеми реални кристали, в които винаги има отклонения от подреденото подреждане на частиците в местата на решетката, наречени дефекти на решетката. Дефектите се разделят на макроскопични, възникващи в процеса на образуване и растеж на кристали (например пукнатини, пори, чужди макроскопични включвания) и макроскопични, дължащи се на микроскопични отклонения от периодичността.

Микродефектите се делят на точкови и линейни. Точковите дефекти са три вида: 1) празно място - липса на атом на мястото на кристалната решетка (фиг. 111, но); 2) междинен атом - атом; вградени в интерстициалното пространство (фиг. 111, 6); 3) примесен атом - примесен атом или заместващ атом на основното вещество в кристалната решетка (заместващ примес, фиг. 111, в),или вградени в интерстициалното пространство (примес от интродукцията, фиг. 111, b;само в междинните пространства, вместо атома на основното вещество, има примесен атом). Точковите дефекти нарушават само порядъка на къси разстояния в кристалите, без да засягат далечния ред - това е тяхната характерна особеност.

Линейните дефекти нарушават реда на далечни разстояния. Както следва от експериментите, механичните свойства на кристалите до голяма степен се определят от дефекти от специален тип - дислокации. Дислокациите са линейни дефекти, които нарушават правилното редуване на атомните равнини.

Дислокациите са ръбови и винтови. Ако една от атомните равнини се счупи вътре в кристала, тогава ръбът на тази равнина образува ръбова дислокация (фиг. 112, но).В случай на винтова дислокация (фиг. 112, б) нито една от атомните равнини вътре в кристала не се счупва, а самите равнини са само приблизително успоредни и близки една до друга, така че всъщност кристалът се състои от една атомна равнина, извита по спиралната повърхност.

Плътността на дислокациите (броят на дислокациите на единица площ от повърхността на кристала) за перфектни монокристали е 10 2 -10 3 cm -2, за деформирани кристали - 10 10 -10 12 cm - 2 . Дислокациите никога не се счупват, те или излизат на повърхността, или се разклоняват, така че в истински кристал се образуват плоски или пространствени мрежи от дислокации. Дислокациите и тяхното движение могат да се наблюдават с електронен микроскоп, както и по метода на селективно ецване - на местата, където дислокациите излизат на повърхността, се появяват ямки от ецване (интензивно разрушаване на кристала под действието на реагента), които „проявяват” дислокации.

Всички метали в твърдо състояние имат кристална структура. Атомите в твърд метал са подредени и образуват кристални решетки (фиг. 1).

Ориз. Фиг. 1. Диаграми на кристални решетки: а – телесно центрирана кубична; b - лицево центрирано; c - шестоъгълна плътно опакована

Кристална клеткапредставлява най-малкия обем на кристала, който дава пълна картина на атомната структура на метала и се нарича единична клетка.

Металите се характеризират с кристални решетки от три типа: кубично центрирана върху тялото (bcc), в която атомите са разположени във върховете на единичната клетка и един в нейния център; лицево-центриран кубик (fcc), в който атомите са разположени във върховете на единичната клетка и в центровете на нейните лица; хексагонална плътно опакована (hcp), която е шестоъгълна призма, в която атомите са подредени в три слоя.

Свойствата на материала зависят от вида на кристалната решетка и параметрите, които я характеризират:

1) междуатомно разстояние, измерено в ангстрьоми 1А°=10 -8 cm

2) плътност на опаковката ( решетъчна основае броят на частиците на единична клетка). Кубичен прост - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) координационен номер(KN) - максималният брой атоми, разположени на еднакво разстояние и разположени на най-близкото разстояние от атома, взет като референтна точка. Кубична проста - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Свойствата на материала, определени в посоката на предната равнина и диагоналната равнина, са различни - това явление се нарича анизотропия, тоест неравномерни свойства в различни посоки. Всички метални материали имат това свойство. Аморфните тела имат свойството изотропия, т.е. имат еднакви свойства във всички посоки.

Кристалните решетки могат да имат различни структурни несъвършенства, които значително променят свойствата на материала. Истинският монокристал винаги има свободна (външна) повърхност, върху която, вече поради повърхностно напрежение, решетката е изкривена.

Дефектите на вътрешната структура се разделят на точкови, линейни и равнинни.

Точковите дефекти включват свободни места (когато отделните места на кристалната решетка не са заети от атоми); дислокирани атоми (ако отделни атоми са в междинни пространства) или примесни атоми, чийто брой е много голям дори в чистите метали. В близост до такива дефекти решетката ще бъде еластично изкривена на разстояние от един или два периода (фиг. 2а).

Ориз. 2. Дефекти в кристалната решетка: точка; b - линеен; в - равнинен

Линейните дефекти са малки в две измерения и доста големи в третото. Такива дефекти включват изместване на атомни равнини или дислокации и вериги от свободни места (фиг. 2б). Най-важното свойство на такива дефекти е тяхната подвижност вътре в кристала и активното взаимодействие помежду си и с други дефекти.

Възможна е промяна в кристалната решетка на материала под въздействието на външни фактори, а именно температура и налягане. Някои метали в твърдо състояние в различни температурни диапазони придобиват различни кристални решетки, което винаги води до промяна в техните физикохимични свойства.

Съществуването на един и същ метал в няколко кристални форми се нарича полиморфизъм. Температурата, при която настъпва промяна в кристалната решетка, се нарича температура на полиморфната трансформация. Всички процеси на топлинна обработка се основават на това явление. Полиморфните модификации се обозначават с гръцки букви (a, b, g и други, които се добавят като индекс към символа на елемента).

Един от най-често срещаните материали, с които хората винаги са предпочитали да работят, е металът. Във всяка епоха се дава предпочитание на различни видове тези удивителни вещества. И така, IV-III хилядолетия пр. н. е. се считат за епохата на халколита, или медта. По-късно той се заменя с бронз, а след това влиза в сила този, който е актуален и днес – желязото.

Днес като цяло е трудно да си представим, че някога е било възможно да се направи без метални изделия, защото почти всичко, от предмети от бита, медицински инструменти и завършва с тежко и леко оборудване, се състои от този материал или включва отделни части от него. Защо металите успяха да спечелят такава популярност? Какви са характеристиките и как е присъщо на тяхната структура, нека се опитаме да разберем по-нататък.

Общо понятие за метали

"Химия. 9 клас" е учебник, използван от ученици. Именно в него металите се изучават подробно. Разглеждането на техните физични и химични свойства е посветено на голяма глава, тъй като тяхното разнообразие е изключително голямо.

Именно от тази възраст се препоръчва да се даде на децата представа за тези атоми и техните свойства, тъй като подрастващите вече могат напълно да оценят стойността на такива знания. Те отлично виждат, че разнообразието от предмети, машини и други неща, които ги заобикалят, се основава само на метална природа.

Какво е метал? От гледна точка на химията е обичайно да се отнасят към тези атоми тези, които имат:

малък на външно ниво;
проявяват силни възстановителни свойства;
имат голям атомен радиус;
как простите вещества имат редица специфични физични свойства.

Основата на знанията за тези вещества може да бъде получена чрез разглеждане на атомно-кристалната структура на металите. Той обяснява всички характеристики и свойства на тези съединения.

В периодичната система по-голямата част от цялата таблица е разпределена за метали, тъй като те образуват всички вторични подгрупи и основните от първа до трета група. Следователно тяхното числено превъзходство е очевидно. Най-често срещаните са:

калций;
натрий;
титан;
желязо;
магнезий;
алуминий;
калий.

Всички метали имат редица свойства, които им позволяват да се комбинират в една голяма група вещества. От своя страна тези свойства се обясняват именно с кристалната структура на металите.

Свойства на метала

Специфичните свойства на разглежданите вещества включват следното.

Метален блясък. Всички представители на простите вещества го притежават и повечето от тях са еднакви, само някои (злато, мед, сплави) се различават.
Податливост и пластичност - способността да се деформира и възстановява доста лесно. При различните представители тя се изразява в различна степен.
Електрическата и топлопроводимостта е едно от основните свойства, които определят обхвата на метала и неговите сплави.

Кристалната структура на металите и сплавите обяснява причината за всяко от посочените свойства и говори за тежестта им при всеки конкретен представител. Ако знаете характеристиките на такава структура, тогава можете да повлияете на свойствата на пробата и да я настроите към желаните параметри, което хората правят от много десетилетия.

Атомно-кристална структура на металите

Какво представлява такава структура, с какво се характеризира? Самото име подсказва, че всички метали са кристали в твърдо състояние, тоест при нормални условия (с изключение на живака, който е течност). Какво е кристал?

Това е конвенционално графично изображение, изградено чрез пресичане на въображаеми линии през атомите, които подреждат тялото. С други думи, всеки метал е изграден от атоми. Те са разположени в него не произволно, а много редовно и последователно. Така че, ако мислено комбинирате всички тези частици в една структура, ще получите красиво изображение под формата на правилно геометрично тяло с всякаква форма.

Това се нарича кристална решетка на метала. Той е много сложен и пространствено обемен, следователно за простота не е показан целият, а само част, елементарна клетка. Съвкупността от такива клетки, събрани и отразени в и образуват кристални решетки. Химията, физиката и науката за металите са науки, които изучават структурните особености на такива структури.

Самата е набор от атоми, които са разположени на определено разстояние един от друг и координират строго фиксиран брой други частици около тях. Характеризира се с плътността на опаковката, разстоянието между съставните структури и координационния номер. Като цяло всички тези параметри са характеристика на целия кристал и следователно отразяват свойствата, проявявани от метала.

Има няколко разновидности.Всички те са обединени от една особеност - има атоми във възлите, а вътре има облак от електронен газ, който се образува от свободното движение на електрони вътре в кристала.

Видове кристални решетки

Четиринадесет варианта за структурата на решетката обикновено се комбинират в три основни типа. Те са следните:

Телесно-центриран куб.
Шестоъгълна плътно опакована.
Лицецентриран куб.

Кристалната структура на металите беше изследвана едва когато стана възможно да се получат големи увеличения на изображенията. А класификацията на видовете решетки е въведена за първи път от френския учен Браве, с чието име понякога се наричат.

Центрирана по тялото решетка

Структурата на кристалната решетка на метали от този тип е следната структура. Това е куб, в чиито възли има осем атома. Друга се намира в центъра на свободното вътрешно пространство на клетката, което обяснява наименованието "телесно-центриран".

Това е един от вариантите на най-простата структура на елементарната клетка, а оттам и на цялата решетка като цяло. Следните метали са от този тип:

молибден;
ванадий;
хром;
манган;
алфа желязо;
бета желязо и други.

Основните свойства на такива представители са висока степен на ковкост и пластичност, твърдост и здравина.

лицева центрирана решетка

Кристалната структура на метали с лицево-центрирана кубична решетка е следната структура. Това е куб, който включва четиринадесет атома. Осем от тях образуват решетъчни възли, а още шест са разположени по един на всяко лице.

Те имат подобна структура:

алуминий;
никел;
водя;
гама желязо;
медни.

Основните отличителни свойства са блясък на различни цветове, лекота, здравина, ковкост, повишена устойчивост на корозия.

Шестоъгълна решетка

Кристалната структура на металите с решетки е както следва. Елементарната клетка се основава на шестоъгълна призма. В неговите възли има 12 атома, още два в основите и три атома свободно лежат в пространството в центъра на структурата. Само седемнадесет атома.

Метали като:

алфа титан;
магнезий;
алфа кобалт;
цинк.

Основните свойства са висока степен на здравина, силен сребрист блясък.

Дефекти в кристалната структура на металите

Въпреки това, всички разглеждани типове клетки могат също да имат естествени недостатъци или така наречените дефекти. Това може да се дължи на различни причини: чужди атоми и примеси в метали, външни влияния и т.н.

Следователно има класификация, която отразява дефектите, които могат да имат кристалните решетки. Химията като наука изучава всеки от тях, за да идентифицира причината и средството за отстраняване, така че свойствата на материала да не се променят. И така, дефектите са както следва.

Точка. Те се предлагат в три основни типа: свободни места, примеси или дислокирани атоми. Те водят до влошаване на магнитните свойства на метала, неговата електрическа и топлопроводимост.
Линеен или дислокационен. Разпределете маргинал и винт. Влошаване на здравината и качеството на материала.
повърхностни дефекти. Те влияят на външния вид и структурата на металите.

В момента са разработени методи за отстраняване на дефекти и получаване на чисти кристали. Въпреки това, не е възможно те да бъдат напълно изкоренени; идеалната кристална решетка не съществува.

Стойността на знанията за кристалната структура на металите

От горния материал е очевидно, че познаването на фината структура и структура дава възможност да се предскажат свойствата на материала и да се повлияят върху тях. И това ви позволява да се занимавате с наука химия. 9 клас на общообразователно училище се фокусира върху обучението на учениците на ясно разбиране за важността на фундаменталната логическа верига: състав - структура - свойства - приложение.

Информацията за кристалната структура на металите много ясно илюстрира и позволява на учителя ясно да обясни и покаже на децата колко е важно да познават фината структура, за да могат правилно и компетентно да използват всички свойства.

Изследването на металите в съответствие с периодичната система от елементи на Менделеев показва, че с изключение на Mn и Hg, елементите от подгрупа А, включително преходни метали и повечето редкоземни елементи, както и метали от подгрупи IB и IIB и някои елементи от група IIIB, включително Al, образуват един от следните типични метални структури:

A 1 - кубична лицево-центрирана решетка (fcc)

кубична лицево-центрирана решеткаследните метали имат: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt и др.

В кубична лицевоцентрирана решетка атомите са разположени във върховете на единичната клетка и в центровете на нейните лица (фиг. 1.5).

Всеки атом в тази решетка е заобиколен от 12 най-близки съседи, разположени на равни разстояния, равни на = 0,707×a, където но- елементарен ръб на клетката. Броят на най-близките съседи, равен на 12, се нарича координационен номер на кристалната решетка. В допълнение към тези най-близки атоми в кристалната решетка има 6 атома, отдалечени на много по-големи разстояния, равни на но.

Разгледаната кристална решетка има два вида кухини (междуузлия, в които могат да бъдат разположени по-малки атоми на други елементи в сплави), образуващи интерстициални твърди разтвори.

Най-големите междувъзлия или кухини са в центъра на куба и в средата на ръбовете му. Всяка от тези кухини е заобиколена от шест атома от fcc решетката, заемащи места във върховете на правилен октаедър. В това отношение те се наричат октаедрични кухини (Фигура 1.5, б). Такива позиции на различни елементи в лицево-центрираната кубична решетка са заети от Na и Cl атоми в NaCl решетката. Същите позиции са заети от въглерод в g-Fe решетката.

В допълнение към тези кухини в fcc решетката има по-малки кухини, наречени тетраедрични, поради факта, че са заобиколени от 4 атома. Общо има 8 тетраедрични кухини в fcc решетката (Фигура 1.5, в).

Размерите на тетраедричните и октаедричните кухини могат да се усетят, ако приемем, че решетката е изградена от твърди топки с радиус r, които са в контакт една с друга; в този случай сфери с радиус съответно 0,41 r и 0,225 r за октаедрични и тетраедрични кухини могат да бъдат поставени в съществуващите пролуки.

Най-гъсто опакованите равнини в структурата на лицево-центриран куб са равнините, показани на фигурата. Техният символ (111) (Фигура 1.5., г).

центрирана по тялото кубична решеткаИ 2 (bcc) имат метали а - Fe, хром, волфрам, молибден, ванадий, натрий, литий и др. Структура А 2 е по-малко плътно опакована.

Атомите в bcc решетката са разположени във върховете и в центъра на единичната клетка (фигура 1.6).

Всеки атом в тази клетка има 8 най-близки съседи, разположени на разстояние от където, ное дължината на ръба на куба. Следователно координационният номер на решетката е 8. Понякога се обозначава (8 + 6), т.к. Следващите най-отдалечени атоми са разположени на разстояние а, броят им е 6.

Има и 2 вида кухини в структурата на bcc. Големите заемат позиции по лицата на куба (Фигура 1.6, в). Те са заобиколени от 4 атома, разположени във върховете на тетраедъра, чиито краища са по двойки равни. По-малки кухини, заобиколени от 6 атома, заемащи места във върховете на неправилен октаедър, се намират в средата на ръбовете и лицата на клетката (Фигура 1.6, г). Ако Bcc решетъчната структура е изградена от твърди топки, тогава сфери с радиус от 0,292 r могат да бъдат поставени в тетраедрични кухини и 0,154 r в октаедрични кухини.

Така максималният размер на сфера, която може да бъде поставена в кухините на по-плътно опакована fcc решетка, се оказва по-голям, отколкото в bcc решетка.

Въвеждането на други атоми в октаедричната пора на bcc решетката причинява изместване на два атома в посока, успоредна на ръба на куба, което кара решетката да се разширява в тази посока. В структурата на мартензита, където въглеродните атоми се въвеждат в октаедрични кухини, разположени само на ръбове, успоредни на оста С и в центровете на лицата, перпендикулярни на тази ос, това води до тетрагонално изкривяване на a-Fe решетката.

Най-гъсто опакованите bcc равнини са 12 самолета от семейството (110) (Фигура 1.6. б). В тези равнини има 2 посоки, в които твърдите топки могат да се докосват.

Шестоъгълна плътно опакована решетка A 3 (hcp) се притежава от метали като Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Шестоъгълното сито е изградено от отделни слоеве и по такъв начин, че всеки атом от всеки слой е заобиколен от 6 съседи, разположени на равни разстояния, принадлежащи на същия слой, и освен това има три най-близки съседи в слоевете, разположени отгоре и под този слой (Фигура 1.7).

Разстоянието между атомите в шестоъгълни слоеве се означава с но, височина на клетката в s. Шест най-близки съседи, разположени в съседни слоеве, също ще бъдат на разстояние и от този атом, ако съотношението на осите s/aе, тогава такава структура се нарича идеална плътно опакована структура. Освен това координационният номер в този случай, както и в fcc решетката, е 12.

Повечето метали с хексагонална плътно уплътнена решетка имат съотношение на осите s/a= 1,56 - 1,63. Изключенията са Zn и Cd (1,86; 1,89). Това се дължи на факта, че електронните облаци от Zn и Cd атоми нямат сферична симетрия и са удължени по оста C. В шестоъгълната плътно опакована решетка, както и в fcc, има 2 вида празнини: октаедър и тетраедър (фигура 1.7, б).

Диаметрите на твърдите сфери, които могат да се поставят в тези кухини са 0,41 r и 0,225 r, както и за fcc.

Достатъчно е да разгледаме конструкцията на плътно опаковани равнини на fcc решетката (111) (Фигура 1.8, но), за да намерим пълна аналогия в конструкцията на атомите в тези две решетки. Разликата между тези решетки е редуването на слоевете. Ако в шестоъгълната решетка има редуване на слоеве ABAB и т.н., тогава в fcc решетката: ABCABC (Фигура 1.8, б), т.е. това използва третата възможна позиция на плътно уплътнения слой.

Разликата в енергийното съотношение между тези две решетки е незначителна и във връзка с това последователността от редуващи се слоеве може лесно да се наруши при пластична деформация, както и в резултат на появата на кристални дефекти по време на растежа му, т.е. -наречени грешки при подреждане.

По този начин видимата разлика в конструкцията на hcp и fcc решетките изобщо не е голяма (Фигура 1.8).

Въглеродът под формата на диамант, силиций, германий, а - калай (сив) има двоен кубичен диамант от решетъчен тип(Фигура 1.9). Тя се различава от fcc решетката по наличието на четири допълнителни атома в четири от осемте тетраедрични кухини. В резултат на това структурата е по-хлабава.

Всеки диамантен атом е заобиколен от само четири най-близки съседи, разположени в ъглите на правилния тетраедър. Координационният номер на такава структура е 4.

Както е показано по-горе, едни и същи метали при различни температури могат да имат различни кристални структури, което се дължи на тяхната алотропия.

Алотропната (полиморфна) трансформация е промяна в пространствената решетка на кристално тяло.

Като примери за алотропни трансформации може да се посочи трансформацията на нискотемпературната алотропна форма a - Fe с центрирана по тялото кубична решетка във високотемпературна форма g - Fe с лицево-центрирана кубична решетка, при температура 910 ° C и последващата трансформация при температура 1392 ° C g - Fe в d - Fe с центрирана по тялото кубична решетка, подобна на a - Fe. Подобни трансформации могат да се наблюдават в титан, цирконий и др. При титана и циркония нискотемпературната алотропна форма е a - Ti, a - Zr с шестоъгълна плътно опакована решетка. При температури над 882°C за титан и 862°C за цирконий се образуват b-Ti и b-Zr, които имат центрирана по тялото решетка.

Както видяхте, алотропната трансформация е, че атомната структура на кристално тяло се променя при нагряване и охлаждане. Самият процес на пренареждане на кристалната решетка протича изотермично при постоянна температура, кривата на охлаждане на сплавта, подложена на алотропни трансформации, е подобна на кривата, наблюдавана по време на втвърдяване на течен метал. Температурата на преход се нарича критична точка на трансформация. При температура (T 0) се наблюдава фазово равновесие на две алотропни разновидности.

Подобно на процеса на кристализация, алотропната трансформация протича с поглъщане на топлина по време на нагряване и освобождаването й по време на охлаждане. Алотропната трансформация (също по аналогия с процеса на кристализация) се осъществява чрез образуването на ядра и последващия им растеж и следователно винаги протича с наличие на преохлаждане (по време на охлаждане) и прегряване при нагряване.

Настъпва алотропна трансформация, както и процесът на кристализация, във връзка с желанието на системата да намали свободната енергия.