شبکه های کریستالی. انواع شبکه های کریستالی

سلول مکعبی متمرکز صورت مربوط به سیستم مکعبی؛ همچنین نگاه کنید به: سلول الکترولیتی سلولی روی سلول مرکزی ...

سلول- : همچنین مشاهده کنید: سلول الکترولیتی با سلول پایه-مرکز روی سلول الکترولیتی ... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

سلول مکعبی صورت محور- یکی از 14 نوع گریتینگ Bravais. با آرایش گره ها در راس ها و در مرکز تمام وجوه مکعب مشخص می شود. فرهنگ لغت زمین شناسی: در 2 جلد. م.: ندرا. ویرایش شده توسط K. N. Paffengolts و همکاران.. 1978 ... دایره المعارف زمین شناسی

سیستم مکعبی- همگامی کریستالوگرافی، که با نسبت بین گوشه ها و لبه های سلول واحد کریستال مشخص می شود: a = b = c، α = β = γ = 90º. به 5 کلاس (گروه های تقارن نقطه ای) تقسیم می شود. * * * CUBIC SYNGONY CUBIC…… فرهنگ لغت دایره المعارفی

شبکه مکعبی (K6)- شبکه کریستالی که سلول ابتدایی آن متعلق به سنگونی مکعبی است. همچنین ببینید: شبکه سه کلینیک شبکه چهارضلعی شبکه فضایی… فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

سیستم مکعبی

شبکه وجهی مکعبی- در کریستالوگرافی، سیستم مکعبی یکی از هفت سنگونی است. سلول واحد یک کریستال مکعبی توسط سه بردار با طول مساوی عمود بر یکدیگر تعیین می شود. در سینگونی مکعبی، سه نوع شبکه Bravais وجود دارد: ... ... ویکی پدیا

شبکه مکعبی- در کریستالوگرافی، سیستم مکعبی یکی از هفت سنگونی است. سلول واحد یک کریستال مکعبی توسط سه بردار با طول مساوی عمود بر یکدیگر تعیین می شود. در سینگونی مکعبی، سه نوع شبکه Bravais وجود دارد: ... ... ویکی پدیا

سلول الکترولیتی- ظرفی با الکترولیت مجهز به الکترود که در آن واکنش های الکتروشیمیایی انجام می شود. عنصر ساختاری اصلی الکترولیزهای صنعتی. طرح های سلول های الکترولیتی بسیار متنوع هستند. که در… … فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

سلول چهره محور- یک سلول ابتدایی کریستال به شکل موازی شکل که در مرکز هر وجه آن یک اتم اضافی وجود دارد که از همان نوع اتم های راس آن است. همچنین ببینید: سلول الکترولیتی... فرهنگ لغت دایره المعارف متالورژی

کریستال های مولکولی مولکول های خنثی یک ماده در گره های شبکه کریستالی قرار دارند که نیروهای برهمکنش بین آنها به دلیل جابجایی متقابل جزئی الکترون ها در لایه های الکترونی اتم ها است. این نیروها نیروهای واندروالس نامیده می شوند، زیرا ماهیت آنها با نیروهای جاذبه بین مولکول ها است و منجر به انحراف گازها از ایده آل می شود. کریستال های مولکولی به عنوان مثال، اکثر ترکیبات آلی (پارافین، الکل، لاستیک و غیره)، گازهای بی اثر (Ne، Ar، Kr، Xe) و گازهای CO2 هستند. اوه 2، N2 در حالت جامد، یخ، و همچنین بلورهای برم Br 2، ید 1 2 . نیروهای واندروالس نسبتا ضعیف هستند، بنابراین بلورهای مولکولی به راحتی تغییر شکل می دهند.

در برخی جامدات، چندین نوع ارتباط می تواند به طور همزمان رخ دهد. به عنوان مثال گرافیت (شبکه شش ضلعی) است. شبکه گرافیت (شکل 105) از یک سری صفحات موازی تشکیل شده است که اتم های کربن در راس شش ضلعی های منظم قرار دارند. فاصله بین صفحات بیش از دو برابر فاصله بین اتم های شش ضلعی است. لایه های مسطح توسط نیروهای واندروالسی به یکدیگر متصل می شوند. در داخل لایه، سه الکترون ظرفیتی از هر اتم کربن با اتم‌های کربن همسایه پیوند کووالانسی تشکیل می‌دهند و الکترون چهارم که «آزاد» باقی می‌ماند، جمع‌آوری می‌شود، اما نه در کل شبکه، مانند فلزات، بلکه در یک شبکه. لایه. بنابراین، در این مورد، سه نوع ارتباط انجام می شود: هومیوپولار و فلزی - در یک لایه. van derwaals - بین لایه ها. این نرمی گرافیت را توضیح می دهد، زیرا فیل های آن می توانند نسبت به یکدیگر بلغزند.

تفاوت در ساختار شبکه های کریستالی دو نوع کربن - گرافیت و الماس - تفاوت در خواص فیزیکی آنها را توضیح می دهد: نرمی گرافیت و سختی الماس. گرافیت رسانای الکتریسیته است، الماس دی الکتریک است (بدون الکترون آزاد) و غیره.

ترتیب اتم ها در کریستال ها نیز با یک عدد هماهنگی مشخص می شود - تعداد نزدیک ترین اتم های همسایه از همان نوع با یک اتم معین در شبکه بلوری یا مولکول های موجود در بلورهای مولکولی. برای تصویر مدل

تشکیل ساختارهای کریستالی از اتم ها و یون ها از سیستم بسته بندی متراکم توپ ها استفاده می کند. با در نظر گرفتن ساده ترین حالت بسته بندی متراکم توپ هایی با شعاع یکسان در یک صفحه، به دو روش برای چیدمان آنها می رسیم (شکل 106، الف، ب).بسته بندی مناسب متراکم تر است، زیرا با تعداد مساوی توپ، مساحت یک لوزی با ضلع برابر با ضلع مربع کمتر از مساحت یک مربع است. همانطور که از شکل مشخص است، تفاوت بسته ها به تفاوت در اعداد هماهنگی کاهش می یابد: در بسته سمت چپ، شماره هماهنگی 4 است، در سمت راست - b، t. هرچه بسته بندی متراکم تر باشد، تعداد هماهنگی بیشتر است.

اجازه دهید در نظر بگیریم که تحت چه شرایطی بسته بندی متراکم کره ها در فضا می تواند با یک یا آن ساختار بلوری که قبلاً ارائه شد مطابقت داشته باشد. بیایید ساخت شبکه را از لایه توپ نشان داده شده در شکل شروع کنیم. 106 6. برای ساده‌تر کردن استدلال‌های بیشتر، ما مرکز توپ‌ها را روی صفحه‌ای که روی آن قرار دارند، نشان می‌دهیم و آنها را با دایره‌های سفید نشان می‌دهیم (شکل 107). در همان صفحه، ما مراکز شکاف بین توپ ها را که در شکل نشان داده شده است، نشان می دهیم. 107، به ترتیب، با دایره های سیاه و صلیب. هر لایه بسته بندی شده یک لایه نامیده می شود و اگرمرکز توپ های آن در بالای دایره های خاکستری، یک لایه قرار دارد که در- اگر روی دایره های قرمز قرار دارد، لایه لایه کنید از جانب- اگر بالا ضربدر است. لایه بالا ولیلایه بسته دوم را طوری می چینیم که هر توپ از این لایه روی سه توپ لایه اول قرار گیرد. این را می توان به دو روش انجام داد: آن را به عنوان لایه دوم یا که در،یا از جانب.لایه سوم "را می توان دوباره به دو صورت انباشته کرد، و به همین ترتیب. بنابراین، بسته بندی بسته را می توان به عنوان یک دنباله توصیف کرد. آبواس...که در آن لایه هایی که با حروف یکسان مشخص شده اند نمی توانند کنار هم قرار گیرند.

از میان بسیاری از ترکیبات ممکن در کریستالوگرافی، دو نوع بسته بندی از اهمیت واقعی برخوردار است: 1) بسته بندی دو لایه. اباباب...- ساختار بسته بندی شده شش ضلعی (شکل 108). 2) بسته بندی سه لایه ABC...- ساختار مکعبی صورت محور (شکل 109). در هر دو شبکه، عدد هماهنگی 12 و چگالی بسته بندی یکسان است - اتم ها 74٪ از حجم کل کریستال را اشغال می کنند. عدد هماهنگی متناظر با شبکه مرکزی مکعبی 8 و شبکه الماسی (نگاه کنید به شکل 104) 4 است.

علاوه بر بسته های دو و سه لایه، امکان ساخت بسته های چند لایه با دوره تکرار طولانی از لایه های یکسان نیز وجود دارد. AVSVASAVSVASS...- بسته بندی شش لایه یک اصلاح کاربید SiC با دوره تکرار 6، 15 و 243 لایه وجود دارد.

اگر یک کریستال از اتم های عناصر مختلف ساخته شده باشد، می توان آن را به عنوان بسته بندی متراکم از توپ های با اندازه های مختلف نشان داد. روی انجیر 110 یک تصویر مدل از یک کریستال نمک را نشان می دهد. یونهای کلر بزرگ (r = 181 pm) یک بسته بندی سه لایه متراکم را تشکیل می دهند که در آن حفره های بزرگ با موارد کوچکتر پر می شوند.

اندازه با یون های سدیم (r = 98 pm). هر یون Na توسط شش یون O احاطه شده است و برعکس، هر یون C1 توسط شش یون Na احاطه شده است.

نقص در کریستال ها

ساختارهای بلوری ایده آل در نظر گرفته شده در § 71 فقط در حجم های بسیار کمی از کریستال های واقعی وجود دارند که در آن ها همیشه انحراف هایی از آرایش منظم ذرات در محل های شبکه وجود دارد که به آنها نقص شبکه می گویند. نقص ها به دلیل انحرافات میکروسکوپی از تناوب به ماکروسکوپی تقسیم می شوند که در فرآیند تشکیل و رشد کریستال ها (به عنوان مثال، ترک ها، منافذ، آخال های ماکروسکوپی خارجی) ایجاد می شوند.

ریز عیوب به نقطه ای و خطی تقسیم می شوند. نقص نقطه سه نوع است: 1) جای خالی - عدم وجود اتم در محل شبکه کریستالی (شکل 111، ولی)؛ 2) اتم بینابینی - اتم؛ تعبیه شده در فضای بینابینی (شکل 111، 6); 3) اتم ناخالصی - یک اتم ناخالصی، یا یک اتم جایگزین ماده اصلی در شبکه کریستالی (ناخالصی جایگزین، شکل 111، که در)،یا در فضای بینابینی تعبیه شده است (ترکیبی از مقدمه، شکل 111، بفقط در فواصل، به جای اتم ماده اصلی، یک اتم ناخالصی وجود دارد). عیوب نقطه فقط نظم کوتاه برد در کریستال ها را نقض می کند، بدون اینکه بر ترتیب دوربرد تأثیر بگذارد - این ویژگی مشخصه آنها است.

نقص خطی نظم دوربرد را مختل می کند. همانطور که از آزمایش‌ها برمی‌آید، خواص مکانیکی کریستال‌ها تا حد زیادی توسط نقص‌های یک نوع خاص - نابجایی تعیین می‌شود. نابجایی ها عیوب خطی هستند که تناوب صحیح صفحات اتمی را مختل می کنند.

دررفتگی ها لبه و پیچ هستند. اگر یکی از صفحات اتمی در داخل کریستال شکسته شود، لبه این صفحه یک دررفتگی لبه را تشکیل می دهد (شکل 112، ولی).در مورد نابجایی پیچ (شکل 112، b)، هیچ یک از صفحات اتمی داخل کریستال شکسته نمی شود و خود صفحات فقط تقریباً موازی و نزدیک به یکدیگر هستند به طوری که در واقع کریستال از یک کریستال تشکیل شده است. صفحه اتمی، منحنی در امتداد سطح مارپیچ.

چگالی نابجایی (تعداد نابجایی در واحد سطح سطح کریستال) برای تک بلورهای کامل 10 2 -10 3 cm -2 است، برای کریستال های تغییر شکل - 10 10 -10 12 cm - 2 . نابجایی ها هرگز شکسته نمی شوند، آنها یا به سطح می آیند یا منشعب می شوند، بنابراین شبکه های مسطح یا فضایی نابجایی ها در یک کریستال واقعی تشکیل می شوند. نابجایی ها و حرکت آنها را می توان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و همچنین با روش اچینگ انتخابی مشاهده کرد - در مکان هایی که دررفتگی ها به سطح می آیند، حفره های اچ ظاهر می شوند (تخریب شدید کریستال تحت عمل معرف). که نابجایی ها را "مشخص می کند".

تمام فلزات در حالت جامد دارای ساختار کریستالی هستند. اتم های یک فلز جامد مرتب شده و شبکه های کریستالی را تشکیل می دهند (شکل 1).

برنج. شکل 1. نمودار شبکه های کریستالی: الف – مکعب در مرکز بدن. ب - صورت محور؛ ج - شش ضلعی بسته بندی شده

سلول کریستالینشان دهنده کوچکترین حجم کریستال است که تصویر کاملی از ساختار اتمی فلز به دست می دهد و سلول واحد نامیده می شود.

فلزات با شبکه‌های کریستالی از سه نوع مشخص می‌شوند: جسم مکعبی (bcc)، که در آن اتم‌ها در راس سلول واحد و یکی در مرکز آن قرار دارند. مکعب صورت محور (fcc)، که در آن اتم ها در راس سلول واحد و در مرکز وجوه آن قرار دارند. بسته بسته شش ضلعی (hcp)، که یک منشور شش ضلعی است که در آن اتم ها در سه لایه قرار گرفته اند.

خواص مواد به نوع شبکه کریستالی و پارامترهای مشخص کننده آن بستگی دارد:

1) فاصله بین اتمی، برحسب آنگستروم 1A°=10 -8 سانتی متر اندازه گیری شد

2) تراکم بسته بندی ( پایه شبکهتعداد ذرات در واحد سلول است). مکعب ساده - B1، bcc - B2، fcc - B4، hcp - B6.

3) شماره هماهنگی(KN) - حداکثر تعداد اتم هایی که فاصله یکسان دارند و در نزدیک ترین فاصله از اتم قرار دارند که به عنوان نقطه مرجع در نظر گرفته شده است. مکعب ساده - KN=6، BCC - KN=8، FCC - KN=12، HPU - KN=12.

خواص مواد تعریف شده در جهت صفحه جلو و صفحه مورب متفاوت است - این پدیده نامیده می شود ناهمسانگردی، یعنی خواص ناهموار در جهات مختلف. تمام مواد فلزی این خاصیت را دارند. اجسام آمورف دارای خاصیت هستند همسانگردی، یعنی دارای خواص یکسان در همه جهات هستند.

شبکه های کریستالی می توانند عیوب ساختاری مختلفی داشته باشند که به طور قابل توجهی خواص مواد را تغییر می دهد. یک تک کریستال واقعی همیشه دارای یک سطح آزاد (خارجی) است که در حال حاضر به دلیل کشش سطحی، شبکه مخدوش شده است.

عیوب ساختار داخلی به نقطه ای، خطی و مسطح تقسیم می شود.

عیوب نقطه شامل جاهای خالی است (زمانی که مکان های جداگانه شبکه کریستالی توسط اتم ها اشغال نمی شود). اتم‌های جابجا شده (اگر اتم‌های منفرد در فاصله‌ها باشند) یا اتم‌های ناخالصی که تعداد آنها حتی در فلزات خالص بسیار زیاد است. در نزدیکی چنین عیوب، شبکه در فاصله یک یا دو دوره ای به صورت الاستیک منحرف می شود (شکل 2a).

برنج. 2. نقص در شبکه کریستالی: یک نقطه؛ ب - خطی؛ ج - مسطح

عیوب خطی در دو بعد کوچک و در بعد سوم بسیار بزرگ هستند. چنین نقص هایی شامل جابجایی صفحات اتمی یا جابجایی ها و زنجیره های خالی می شود (شکل 2b). مهمترین خاصیت این گونه عیوب تحرک آنها در داخل کریستال و برهمکنش فعال با یکدیگر و با سایر عیوب است.

تغییر در شبکه کریستالی یک ماده تحت تأثیر عوامل خارجی مانند دما و فشار امکان پذیر است. برخی از فلزات در حالت جامد در محدوده‌های دمایی مختلف شبکه‌های کریستالی متفاوتی به دست می‌آورند که همیشه منجر به تغییر در خواص فیزیکوشیمیایی آنها می‌شود.

وجود یک فلز در چند شکل کریستالی نامیده می شود پلی مورفیسم. دمایی که در آن تغییر در شبکه کریستالی رخ می دهد، دمای تبدیل چندشکلی نامیده می شود. تمام فرآیندهای عملیات حرارتی بر اساس این پدیده است. تغییرات چند شکلی با حروف یونانی (a، b، g و موارد دیگر، که به عنوان یک شاخص به نماد عنصر اضافه می شوند) نشان داده می شوند.

یکی از متداول ترین موادی که افراد همیشه ترجیح می دادند با آن کار کنند، فلز بود. در هر دوره، اولویت به انواع مختلفی از این مواد شگفت انگیز داده شد. بنابراین، هزاره های چهارم تا سوم قبل از میلاد را عصر کالکولیت یا مس می دانند. بعداً با برنز جایگزین شد و سپس آن چیزی که امروزه هنوز هم مهم است - آهن به اجرا در می آید.

امروزه تصور اینکه زمانی بدون محصولات فلزی امکان پذیر بود، به طور کلی دشوار است، زیرا تقریباً همه چیز، از وسایل خانگی، ابزار پزشکی و پایان دادن به تجهیزات سنگین و سبک، از این ماده تشکیل شده است یا شامل قطعات جداگانه ای از آن است. چرا فلزات توانستند چنین محبوبیتی کسب کنند؟ ویژگی ها چیست و چگونه در ساختار آنها ذاتی است، بیایید سعی کنیم بیشتر آن را بفهمیم.

مفهوم کلی فلزات

"شیمی. پایه نهم" کتاب درسی است که توسط دانش آموزان استفاده می شود. در آن است که فلزات به طور مفصل مورد مطالعه قرار می گیرند. توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی آنها به فصل بزرگی اختصاص دارد، زیرا تنوع آنها بسیار زیاد است.

از این سن توصیه می شود که به کودکان ایده ای در مورد این اتم ها و خواص آنها بدهید، زیرا نوجوانان می توانند ارزش چنین دانشی را کاملا درک کنند. آنها کاملاً می بینند که تنوع اشیا، ماشین ها و سایر چیزهایی که آنها را احاطه کرده اند فقط بر اساس یک ماهیت فلزی است.

فلز چیست؟ از دیدگاه شیمی، مرسوم است که به این اتم ها اطلاق شود که دارای:

کوچک در سطح خارجی؛
نشان دادن خواص ترمیمی قوی؛
دارای شعاع اتمی زیاد؛
چگونه مواد ساده دارای تعدادی ویژگی فیزیکی خاص هستند.

اساس دانش در مورد این مواد را می توان با در نظر گرفتن ساختار اتمی - کریستالی فلزات به دست آورد. تمام ویژگی ها و خواص این ترکیبات را توضیح می دهد.

در سیستم تناوبی، بیشتر کل جدول به فلزات اختصاص دارد، زیرا آنها همه زیرگروه های فرعی و اصلی را از گروه اول تا سوم تشکیل می دهند. بنابراین برتری عددی آنها مشهود است. رایج ترین آنها عبارتند از:

کلسیم؛
سدیم؛
تیتانیوم؛
اهن؛
منیزیم؛
آلومینیوم؛
پتاسیم

همه فلزات دارای تعدادی ویژگی هستند که به آنها اجازه می دهد در یک گروه بزرگ از مواد ترکیب شوند. به نوبه خود، این خواص دقیقاً با ساختار کریستالی فلزات توضیح داده می شود.

خواص فلز

خواص ویژه مواد مورد بررسی شامل موارد زیر است.

براق فلزی. همه نمایندگان مواد ساده دارای آن هستند و اکثر آنها یکسان هستند.فقط برخی از آنها (طلا، مس، آلیاژها) متفاوت هستند.
چکش خواری و انعطاف پذیری - توانایی تغییر شکل و بازیابی به راحتی. در نمایندگان مختلف به میزان متفاوتی بیان می شود.
هدایت الکتریکی و حرارتی یکی از ویژگی های اصلی است که محدوده فلز و آلیاژهای آن را تعیین می کند.

ساختار کریستالی فلزات و آلیاژها دلیل هر یک از خواص ذکر شده را توضیح می دهد و از شدت آنها در هر نماینده خاص صحبت می کند. اگر ویژگی‌های چنین ساختاری را می‌دانید، می‌توانید خواص نمونه را تحت تأثیر قرار دهید و آن را با پارامترهای مورد نظر تنظیم کنید، کاری که مردم برای چندین دهه انجام می‌دهند.

ساختار اتمی - کریستالی فلزات

چنین ساختاری چیست، چه ویژگی هایی دارد؟ خود نام نشان می دهد که همه فلزات در حالت جامد، یعنی در شرایط عادی (به جز جیوه که مایع است) بلور هستند. کریستال چیست؟

این یک تصویر گرافیکی معمولی است که با عبور از خطوط خیالی از میان اتم‌هایی که بدن را در یک ردیف قرار می‌دهند ساخته می‌شود. به عبارت دیگر، هر فلزی از اتم تشکیل شده است. آنها نه به طور تصادفی، بلکه بسیار منظم و پیوسته در آن قرار دارند. بنابراین، اگر تمام این ذرات را به صورت ذهنی در یک ساختار ترکیب کنید، تصویر زیبایی به شکل یک بدنه هندسی منظم به هر شکلی خواهید داشت.

به این شبکه کریستالی فلز می گویند. این بسیار پیچیده و از نظر فضایی حجیم است، بنابراین، برای سادگی، همه آن نشان داده نمی شود، بلکه تنها بخشی، یک سلول ابتدایی است. مجموعه ای از این سلول ها، گرد هم آمده و منعکس شده و شبکه های کریستالی را تشکیل می دهند. شیمی، فیزیک و علوم فلزات علومی هستند که به بررسی ویژگی‌های ساختاری چنین سازه‌هایی می‌پردازند.

سما مجموعه ای از اتم ها است که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند و تعداد کاملاً ثابتی از ذرات دیگر را در اطراف خود هماهنگ می کنند. با چگالی بسته بندی، فاصله بین ساختارهای تشکیل دهنده و شماره هماهنگی مشخص می شود. به طور کلی، تمام این پارامترها مشخصه کل کریستال هستند و بنابراین خواصی را که فلز نشان می دهد منعکس می کند.

انواع مختلفی وجود دارد همه آنها با یک ویژگی متحد می شوند - اتم ها در گره ها وجود دارد و در داخل ابری از گاز الکترونی وجود دارد که از حرکت آزاد الکترون ها در داخل کریستال تشکیل می شود.

انواع شبکه های کریستالی

چهارده گزینه برای ساختار شبکه معمولا در سه نوع اصلی ترکیب می شوند. آنها به شرح زیر هستند:

مکعب بدنه محور.
شش ضلعی بسته بندی شده.
مکعب وسط صورت.

ساختار بلوری فلزات تنها زمانی مورد مطالعه قرار گرفت که امکان بدست آوردن بزرگنمایی های زیادی از تصاویر فراهم شد. و طبقه بندی انواع مشبک ها برای اولین بار توسط دانشمند فرانسوی Bravais که گاهی اوقات به نام آنها نامیده می شود ارائه شد.

مشبک مرکزی بدنه

ساختار شبکه کریستالی فلزات از این نوع ساختار زیر می باشد. این یک مکعب است که در گره های آن هشت اتم وجود دارد. یکی دیگر در مرکز فضای داخلی آزاد سلول قرار دارد که نام "بدن محور" را توضیح می دهد.

این یکی از انواع ساده ترین ساختار سلول ابتدایی و از این رو کل شبکه به عنوان یک کل است. فلزات زیر از این نوع هستند:

مولیبدن؛
وانادیم
کروم؛
منگنز؛
آهن آلفا؛
آهن بتا و دیگران

ویژگی های اصلی چنین نمایندگانی درجه بالایی از چکش خواری و انعطاف پذیری، سختی و استحکام است.

مشبک در مرکز صورت

ساختار کریستالی فلزاتی که دارای شبکه مکعبی رو به مرکز هستند ساختار زیر است. این یک مکعب است که شامل چهارده اتم است. هشت مورد از آنها گره های مشبک را تشکیل می دهند و شش مورد دیگر یکی در هر وجه قرار دارند.

آنها ساختار مشابهی دارند:

آلومینیوم؛
نیکل؛
رهبری؛
آهن گاما؛
مس.

ویژگی های اصلی متمایز براق بودن رنگ های مختلف، سبکی، استحکام، چکش خواری، افزایش مقاومت در برابر خوردگی است.

شبکه شش ضلعی

ساختار بلوری فلزات با شبکه به شرح زیر است. سلول ابتدایی بر اساس یک منشور شش ضلعی است. 12 اتم در گره های آن وجود دارد، دو اتم دیگر در پایه ها و سه اتم آزادانه در فضای مرکز ساختار قرار دارند. فقط هفده اتم

فلزاتی مانند:

آلفا تیتانیوم؛
منیزیم؛
آلفا کبالت؛
فلز روی.

ویژگی های اصلی درجه استحکام بالا، درخشش نقره ای قوی است.

نقص در ساختار بلوری فلزات

با این حال، همه انواع سلول های در نظر گرفته شده نیز می توانند دارای نقص های طبیعی یا به اصطلاح نقص باشند. این ممکن است به دلایل مختلفی باشد: اتم ها و ناخالصی های خارجی در فلزات، تأثیرات خارجی و غیره.

بنابراین، یک طبقه بندی وجود دارد که منعکس کننده نقص هایی است که شبکه های کریستالی می توانند داشته باشند. شیمی به عنوان یک علم به مطالعه هر یک از آنها می پردازد تا علت و علاج آن را شناسایی کند تا خواص مواد تغییر نکند. بنابراین، عیوب به شرح زیر است.

نقطه. آنها در سه نوع اصلی وجود دارند: خالی، ناخالصی، یا اتم های جابجا شده. آنها منجر به بدتر شدن خواص مغناطیسی فلز، هدایت الکتریکی و حرارتی آن می شوند.
خطی یا جابجایی حاشیه و پیچ را اختصاص دهید. استحکام و کیفیت مواد را بدتر می کند.
عیوب سطحی آنها ظاهر و ساختار فلزات را تحت تأثیر قرار می دهند.

در حال حاضر روش هایی برای رفع عیوب و به دست آوردن کریستال های خالص ابداع شده است. با این حال، ریشه کن کردن کامل آنها ممکن نیست؛ شبکه کریستالی ایده آل وجود ندارد.

ارزش دانش در مورد ساختار بلوری فلزات

با توجه به مطالب فوق، مشخص است که شناخت ساختار و ساختار ظریف، پیش بینی خواص مواد و تأثیرگذاری بر آنها را ممکن می سازد. و این به شما امکان می دهد علم شیمی را انجام دهید. پایه نهم یک مدرسه آموزش عمومی بر آموزش دانش آموزان به درک روشنی از اهمیت زنجیره منطقی اساسی متمرکز است: ترکیب - ساختار - ویژگی ها - کاربرد.

اطلاعات در مورد ساختار کریستالی فلزات به وضوح نشان می دهد و به معلم اجازه می دهد تا به وضوح به کودکان توضیح دهد و به آنها نشان دهد که چقدر مهم است که ساختار ریز را برای استفاده صحیح و شایسته از همه ویژگی ها بدانند.

بررسی فلزات مطابق با سیستم تناوبی عناصر مندلیف نشان می دهد که به استثنای منگنز و جیوه، عناصر زیرگروه A شامل فلزات واسطه و بیشتر عناصر خاکی کمیاب و همچنین فلزات زیرگروه های IB و IIB و برخی از عناصر گروه IIIB، از جمله Al، یکی از ساختارهای فلزی معمولی زیر را تشکیل می دهند:

یک شبکه 1 - مکعبی وجهی مرکزی (fcc)

شبکه مکعبی وجه محورفلزات زیر دارای: g - Fe، Al، Cu، Ni، a - Co، Pb، Ag، Au، Pt و غیره هستند.

در یک شبکه صورت محور مکعبی، اتم ها در راس سلول واحد و در مرکز وجوه آن قرار دارند (شکل 1.5).

هر اتم در این شبکه توسط 12 نزدیکترین همسایه که در فواصل مساوی برابر با = قرار دارند احاطه شده است. 0.707×a، جایی که ولی- لبه سلول ابتدایی. تعداد نزدیکترین همسایگان برابر با 12 عدد هماهنگی شبکه بلوری نامیده می شود. علاوه بر این نزدیکترین اتمها، 6 اتم در شبکه کریستالی وجود دارد که در فواصل بسیار دورتر، برابر با ولی.

شبکه کریستالی در نظر گرفته شده دارای دو نوع فضای خالی است (بینابینی که اتم های کوچکتر سایر عناصر در آلیاژها را می توان در آنها قرار داد) که محلول های جامد بینابینی را تشکیل می دهند.

بزرگترین میانگره ها یا حفره ها در مرکز مکعب و در وسط لبه های آن قرار دارند. هر یک از این حفره ها توسط شش اتم از شبکه fcc احاطه شده است که مکان هایی را در راس یک هشت وجهی منظم اشغال می کند. از این نظر، آنها را حفره های هشت وجهی می نامند (شکل 1.5، ب). چنین موقعیت هایی از عناصر مختلف در شبکه مکعبی رو به مرکز توسط اتم های Na و Cl در شبکه NaCl اشغال شده است. همان موقعیت ها توسط کربن در شبکه g-Fe اشغال شده است.

علاوه بر این حفره ها در شبکه fcc، حفره های کوچک تری نیز وجود دارد که به دلیل احاطه شدن توسط 4 اتم، چهار وجهی نامیده می شوند. در مجموع، 8 حفره چهار وجهی در شبکه fcc وجود دارد (شکل 1.5، که در).

ابعاد حفره های چهار وجهی و هشت وجهی را می توان با این فرض که شبکه از توپ های صلب با شعاع r در تماس با یکدیگر ساخته شده است احساس کرد. در این حالت، کره هایی با شعاع 0.41 r و 0.225 r به ترتیب برای حفره های هشت وجهی و چهار وجهی می توانند در شکاف های موجود قرار گیرند.

متراکم ترین صفحات در ساختار یک مکعب صورت محور، صفحات نشان داده شده در شکل هستند. نماد آنها (111) (شکل 1.5.، جی).

شبکه مکعبی بدنه محورو 2 (bcc) دارای فلزات a - آهن، کروم، تنگستن، مولیبدن، وانادیم، سدیم، لیتیوم و دیگران است. ساختار A 2 با متراکم کمتری بسته بندی شده است.

اتم های شبکه bcc در راس ها و در مرکز سلول واحد قرار دارند (شکل 1.6).

هر اتم در این سلول دارای 8 نزدیکترین همسایه است که در فاصله ای از جایی که ولیطول لبه مکعب است. بنابراین، عدد هماهنگی شبکه 8 است. گاهی اوقات آن را (8 + 6) نشان می دهند، زیرا دورترین اتم های بعدی در فاصله a قرار دارند، تعداد آنها 6 است.

همچنین 2 نوع فضای خالی در ساختار bcc وجود دارد. بزرگ‌ها موقعیت‌هایی را در وجه مکعب اشغال می‌کنند (شکل 1.6، که در). آنها توسط 4 اتم واقع در رئوس چهار وجهی احاطه شده اند که لبه های آنها به صورت جفت برابر است. حفره های کوچکتر احاطه شده توسط 6 اتم که مکان هایی را در راس یک هشت ضلعی نامنظم اشغال کرده اند در وسط لبه ها و وجه های سلول قرار دارند (شکل 1.6. جی). اگر ساختار شبکه bcc از گلوله های صلب ساخته شده باشد، کره هایی با شعاع 0.292 r را می توان در حفره های چهار وجهی، و 0.154 r را در حفره های هشت وجهی قرار داد.

بنابراین، حداکثر اندازه یک کره که می تواند در فضای خالی یک شبکه fcc با متراکم تر قرار گیرد، بزرگتر از شبکه bcc است.

ورود اتم های دیگر به منفذ هشت وجهی شبکه bcc باعث جابجایی دو اتم در جهت موازی با لبه مکعب می شود که باعث انبساط شبکه در این جهت می شود. در ساختار مارتنزیت، که در آن اتم‌های کربن وارد حفره‌های هشت‌وجهی می‌شوند که فقط در لبه‌های موازی با محور C و در مرکز وجوه عمود بر این محور قرار دارند، این منجر به اعوجاج چهارضلعی شبکه a-Fe می‌شود.

متراکم ترین هواپیماهای bcc 12 صفحه از خانواده (110) هستند (شکل 1.6. ب). در این هواپیماها 2 جهت وجود دارد که توپ های صلب می توانند در آنها تماس داشته باشند.

مشبک بسته شش ضلعی A 3 (hcp) توسط فلزاتی مانند Zn، b - Co، Cd، Mg، a - Ti، a - Zr در اختیار است.

الک شش ضلعی از لایه های جداگانه ساخته شده و به گونه ای است که هر اتم از هر لایه توسط 6 همسایه که در فواصل مساوی متعلق به همان لایه قرار دارند احاطه شده است و علاوه بر آن دارای سه همسایه نزدیک در لایه های واقع در بالا و در زیر این لایه (شکل 1.7).

فاصله بین اتم ها در لایه های شش ضلعی با نشان داده می شود ولی، ارتفاع سلول بر حسب s. شش نزدیکترین همسایه واقع در لایه های مجاور نیز در فاصله خواهند بود و از این اتم، اگر نسبت محورها s/aاست، پس به چنین ساختاری ساختار بسته ایده آل می گویند. همچنین عدد هماهنگی در این مورد و همچنین در شبکه fcc 12 است.

اکثر فلزات با شبکه شش ضلعی بسته بندی شده دارای نسبت محوری هستند s/a= 1.56 - 1.63. استثناها روی و کادمیوم هستند (1.86؛ 1.89). این به دلیل این واقعیت است که ابرهای الکترونی اتم های روی و کادمیوم تقارن کروی ندارند و در امتداد محور C کشیده شده اند. در شبکه شش ضلعی بسته بندی شده نزدیک و همچنین در fcc، 2 نوع فضای خالی وجود دارد: هشت وجهی و چهار وجهی (شکل 1.7، ب).

قطر کره های سختی که می توان در این حفره ها و همچنین برای fcc قرار داد 0.41 r و 0.225 r است.

کافی است به ساخت صفحات بسته بندی شده شبکه fcc (111) نگاه کنیم (شکل 1.8، ولی) تشبیه کاملی در ساخت اتم ها در این دو شبکه پیدا کنیم. تفاوت این توری ها در تناوب لایه هاست. اگر در شبکه شش ضلعی تناوب لایه های ABAB و غیره وجود داشته باشد، در شبکه fcc: ABCABC (شکل 1.8، ب) یعنی این از سومین موقعیت ممکن لایه بسته استفاده می کند.

تفاوت در نسبت انرژی بین این دو شبکه ناچیز است و در ارتباط با این موضوع، توالی لایه‌های متناوب می‌تواند به راحتی در هنگام تغییر شکل پلاستیک و همچنین در نتیجه ظهور عیوب کریستالی در طول رشد آن مختل شود. -گسل های انباشتگی نامیده می شود.

بنابراین، تفاوت ظاهری در ساخت شبکه های hcp و fcc اصلا زیاد نیست (شکل 1.8).

کربن به شکل الماس، سیلیکون، ژرمانیوم، قلع (خاکستری) دارای مکعب دو برابر است. الماس نوع مشبک(شکل 1.9). تفاوت آن با شبکه fcc با حضور چهار اتم اضافی در چهار حفره از هشت حفره چهار وجهی است. در نتیجه ساختار شل تر می شود.

هر اتم الماس تنها توسط چهار همسایه نزدیک که در گوشه های یک چهار وجهی منظم قرار دارند احاطه شده است. عدد هماهنگی چنین ساختاری 4 است.

همانطور که در بالا نشان داده شد، فلزات یکسان در دماهای مختلف می توانند ساختارهای کریستالی متفاوتی داشته باشند که ناشی از آلوتروپی آنهاست.

تبدیل آلوتروپیک (چند شکلی) تغییر در شبکه فضایی یک جسم کریستالی است.

به عنوان نمونه‌ای از تبدیل‌های آلوتروپیک، می‌توان به تبدیل شکل آلوتروپیک دمای پایین a - Fe با یک شبکه مکعبی متمرکز بدنه به شکل گرماگرم g - Fe با یک شبکه مکعبی رو به مرکز، در دمای 910 اشاره کرد. درجه سانتیگراد و متعاقب آن تبدیل در دمای 1392 درجه سانتیگراد گرم - Fe به d - Fe با یک شبکه مکعبی متمرکز بدنه مشابه a - Fe. تغییرات مشابهی را می توان در تیتانیوم، زیرکونیوم و غیره مشاهده کرد. در تیتانیوم و زیرکونیوم، فرم آلوتروپیک دمای پایین a - Ti، a - Zr با یک شبکه بسته شش ضلعی نزدیک است. در دمای بالای 882 درجه سانتیگراد برای تیتانیوم و 862 درجه سانتیگراد برای زیرکونیوم، b-Ti و b-Zr تشکیل می شود که دارای یک شبکه بدنه محور هستند.

همانطور که دیدید، تبدیل آلوتروپیک به این صورت است که ساختار اتمی یک جسم کریستالی با گرم شدن و سرد شدن تغییر می کند. فرآیند بازآرایی شبکه کریستالی به صورت همدما در دمای ثابت اتفاق می‌افتد، منحنی خنک‌کننده آلیاژ تحت دگرگونی‌های آلوتروپیک مشابه منحنی مشاهده‌شده در طول انجماد فلز مایع است. دمای گذار را نقطه بحرانی تبدیل می نامند. در دمای (T 0) یک تعادل فازی از دو رقم آلوتروپیک مشاهده می شود.

همانند فرآیند تبلور، تبدیل آلوتروپیک با جذب گرما در حین گرم شدن و آزاد شدن آن در هنگام سرد شدن اتفاق می‌افتد. تبدیل آلوتروپیک (همچنین بر اساس قیاس با فرآیند تبلور) از طریق تشکیل هسته ها و رشد بعدی آنها اتفاق می افتد، و بنابراین همیشه با حضور ابرسرد (در هنگام سرد شدن) و گرم شدن بیش از حد در هنگام گرم شدن ادامه می یابد.

تبدیل آلوتروپیک و همچنین فرآیند تبلور در ارتباط با تمایل سیستم برای کاهش انرژی آزاد رخ می دهد.