Grile de cristal. Tipuri de rețele cristaline

O celulă cubică centrată pe față aparținând sistemului cubic; Vezi și: Celulă electrolitică Celulă centrată pe față...

Celulă- : Vezi și: celulă electrolitică celulă centrată pe față celulă centrată pe bază ... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

CELULA CUBICA CENTRATA FATA- unul dintre cele 14 tipuri de gratare Bravais. Se caracterizează prin amplasarea nodurilor la vârfuri și în centrele tuturor fețelor cubului. Dicţionar geologic: în 2 volume. M.: Nedra. Editat de K. N. Paffengoltz și colab., 1978... Enciclopedie geologică

sistem cubic- sistem cristalografic, care se caracterizează prin relația dintre colțurile și marginile celulei unitare a cristalului: a = b = c, α = β = γ = 90º. Este împărțit în 5 clase (grupe de simetrie punctuală). * * * SINGONIA CUBICĂ CUBIC... ... Dicţionar enciclopedic

zăbrele cubice (K6)- rețea cristalină, a cărei celulă unitară aparține sistemului cubic; Vezi și: zăbrele triclinică zăbrele tetragonală zăbrele spațială ... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

Sistem cubic

Rețea cubică centrată pe față- În cristalografie, sistemul cubic este unul dintre cele șapte sisteme. Celula unitară a unui cristal cubic este determinată de trei vectori de lungime egală, perpendiculare unele pe altele unui prieten. În sistemul cubic există trei tipuri de rețele Bravais: ... ... Wikipedia

Grile cubice- În cristalografie, sistemul cubic este unul dintre cele șapte sisteme. Celula unitară a unui cristal cubic este determinată de trei vectori de lungime egală, perpendiculari unul pe celălalt. În sistemul cubic există trei tipuri de rețele Bravais: ... ... Wikipedia

celulă electrolitică- un vas cu electrolit, dotat cu electrozi, in care se realizeaza reactii electrochimice; principalul element structural al electrolizoarelor industriale. Modelele celulelor electrolitice sunt extrem de variate. ÎN… … Dicţionar enciclopedic de metalurgie

celulă centrată pe față- o celulă elementară a unui cristal sub formă de paralelipiped, în centrul fiecărei fețe a cărei se află un atom suplimentar de același tip cu atomii de la vârfurile sale; Vezi și: Celulă electrolitică celulară... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

Cristale moleculare. Moleculele neutre ale materiei sunt situate la nodurile rețelei cristaline, forțele de interacțiune dintre care sunt cauzate de o deplasare reciprocă nesemnificativă a electronilor în carcase electronice atomi. Aceste forțe se numesc forțe van der Waals, deoarece sunt de aceeași natură cu forțele de atracție dintre molecule, ceea ce duce la devierea gazelor de la idealitate. Cristalele moleculare sunt, de exemplu, majoritatea compușilor organici (parafină, alcool, cauciuc etc.), gaze inerte (Ne, Ar, Kr, Xe) și gaze CO2. O 2, N2 în stare solidă, gheață, precum și cristale de brom Br 2, iod 1 2. Forțele Van der Waals sunt destul de slabe, astfel încât cristalele moleculare sunt ușor deformate.

În unele solide Mai multe tipuri de comunicare pot fi efectuate simultan. Un exemplu este grafitul (zăbrele hexagonale). Rețeaua de grafit (Fig. 105) constă dintr-un număr de plane paralele în care atomii de carbon sunt localizați la vârfuri. hexagoane regulate. Distanța dintre avioane este de peste două ori distanța dintre atomii hexagonului. Straturile plate sunt conectate între ele prin forțele van der Waals. În cadrul stratului se formează cei trei electroni de valență ai fiecărui atom de carbon legătură covalentă cu atomi de carbon învecinați, iar al patrulea electron, rămânând „liber”, este colectivizat, dar nu în întreaga rețea, ca în cazul metalelor, ci într-un singur strat. Astfel, în în acest caz, se realizează trei tipuri de comunicare: homeopolară și metalică - într-un singur strat; van der Waals - între straturi. Acest lucru explică moliciunea grafitului, deoarece marginile acestuia pot aluneca unele față de altele.

Diferența în structura rețelelor cristaline a două tipuri de carbon - grafit și diamant - explică diferența dintre acestea. proprietăți fizice: moliciunea grafitului si duritatea diamantului; grafitul este un conductor de electricitate, diamantul este un dielectric (fără electroni liberi), etc.

Dispunerea atomilor în cristale este caracterizată și de numărul de coordonare - numărul celor mai apropiați atomi vecini din rețeaua cristalină sau molecule din cristale moleculare de același tip ca un anumit atom. Pentru imaginea modelului

Formarea structurilor cristaline ale atomilor și ionilor folosește un sistem de împachetare densă a sferelor. Luând în considerare cel mai simplu caz de împachetare densă a bilelor de aceeași rază pe un plan, ajungem la două moduri de aranjare a acestora (Fig. 106, a, b). Ambalajul potrivit este mai dens, deoarece cu un număr egal de bile zona unui romb cu o latură latura egala pătrat, mai mic decât aria unui pătrat. După cum se poate observa din figură, diferența de ambalaje se reduce la diferența de numere de coordonare: în ambalajul din stânga numărul de coordonare este 4, în cel din dreapta este 6, adică s. cu cât ambalajul este mai dens, cu atât numărul de coordonare este mai mare.

Să luăm în considerare în ce condiții un ambalaj dens de sfere în spațiu poate corespunde uneia sau alteia structuri cristaline prezentate mai devreme. Să începem construirea zăbrelei dintr-un strat de bile prezentat în Fig. 106, 6. Pentru a simplifica raționamentul suplimentar, să proiectăm centrele bilelor pe planul pe care se află, notându-le cu cercuri albe (Fig. 107). Pe același plan vom proiecta centrele golurilor dintre bile, care sunt indicate în Fig. 107, respectiv, cu cercuri și cruci negre. Orice strat compact va fi numit strat Si daca centrele bilelor sale sunt situate deasupra cercurilor gri, strat ÎN- dacă deasupra cercurilor roșii, stratificați CU- dacă deasupra crucilor. Deasupra stratului A Să așezăm al doilea strat strâns, astfel încât fiecare minge din acest strat să se afle pe trei bile ale primului strat. Acest lucru se poate face în două moduri: luați-l ca un al doilea strat sau ÎN, sau CU. Al treilea strat „poate fi așezat din nou în două, etc. Deci, ambalarea densă poate fi descrisă ca o secvență ABCWAS...,în care straturile marcate cu aceleași litere nu pot sta unul lângă altul.

Dintre numeroasele combinații posibile în cristalografie, două tipuri de ambalaje sunt de o importanță reală: 1) ambalare cu două straturi AVAVAV...- structură compactă hexagonală (Fig. 108); 2) ambalare cu trei straturi ABCAVS...- structură cubică centrată pe feţe (Fig. 109). În ambele rețele, numărul de coordonare este 12 și densitatea de împachetare este aceeași - atomii ocupă 74% din volumul total al cristalului. Numărul de coordonare corespunzător unei rețele cubice centrate pe corp este 8, iar pentru o rețea de diamant (vezi Fig. 104) este 4.

În plus față de ambalajele cu două și trei straturi, este posibil să se construiască mai multe straturi cu o perioadă mare de repetare a straturilor identice, de exemplu AWSVASAVSVAS...- ambalare cu șase straturi. Există o modificare a carburii de SiC cu o perioadă de repetare de 6, 15 și 243 de straturi.

Dacă un cristal este construit din atomi de diferite elemente, atunci acesta poate fi reprezentat ca un pachet dens de sfere de diferite dimensiuni. În fig. 110 prezintă o imagine model a cristalului sare de masă. Ionii mari de clor (g = 181 pm) formează o ambalare densă cu trei straturi, în care golurile mari sunt umplute cu altele mai mici.

mărimea prin ionii de sodiu (g=98 pm). Fiecare ion Na este înconjurat de șase ioni O și, invers, fiecare ion C1 este înconjurat de șase ioni Na.

Defecte ale cristalelor

Structurile cristaline ideale discutate în § 71 există doar în volume foarte mici de cristale reale, în care există întotdeauna abateri de la aranjarea ordonată a particulelor la locurile rețelei, numite defecte rețelei cristaline. Defectele sunt împărțite în macroscopice, care apar în timpul formării și creșterii cristalelor (de exemplu, fisuri, pori, incluziuni macroscopice străine) și macroscopice, cauzate de abaterile microscopice de la periodicitate.

Microdefectele sunt împărțite în punct și liniare. Defectele punctuale sunt de trei tipuri: 1) vacanță - absența unui atom într-un loc al rețelei cristaline (Fig. 111, A); 2) interdomeniu atom - atom; încorporat în spațiul interstițial (Fig. 111, 6); 3) atom de impuritate - un atom de impuritate sau un atom de substituție al substanței principale din rețeaua cristalină (impuritate de substituție, Fig. 111, V), sau introdus în spațiul interstițial (amestec de introducere, Fig. 111, b; numai în interstiţii în locul unui atom al substanţei principale există un atom de impuritate). Defectele punctuale perturbă doar ordinea pe distanță scurtă în cristale, fără a afecta ordinea pe distanță lungă - aceasta este caracteristica lor caracteristică.

Defectele liniare perturbă ordinea pe rază lungă. După cum rezultă din experimente, proprietățile mecanice ale cristalelor sunt în mare măsură determinate de defecte de tip special - dislocații. Dislocațiile sunt defecte liniare care perturbă alternanța corectă a planurilor atomice.

Există luxații de margine și șurub. Dacă unul dintre planurile atomice se rupe în interiorul cristalului, atunci marginea acestui plan formează o dislocare a muchiei (Fig. 112, A).În cazul unei dislocare a șurubului (Fig. 112, b), niciunul dintre planurile atomice din interiorul cristalului nu se rupe, iar planurile în sine sunt doar aproximativ paralele și apropiate unele de altele, astfel încât, de fapt, cristalul este format dintr-un plan atomic curbat. de-a lungul suprafeței șurubului.

Densitatea de dislocare (numărul de luxații pe unitatea de suprafață a cristalului) pentru cristale simple perfecte este de 10 2 -10 3 cm -2, pentru cristale deformate - 10 10 -10 12 cm - 2 . Dislocațiile nu se sparg niciodată; ele fie ies la suprafață, fie se ramifică, astfel încât într-un cristal real se formează rețele planare sau spațiale de dislocații. Dislocațiile și mișcarea lor pot fi observate cu ajutorul unui microscop electronic, precum și prin metoda gravării selective - gropi de gravare apar în punctele în care dislocația ajunge la suprafață (distrugerea intensivă a cristalului sub influența reactivului), „manifestând ” luxații.

Toate metalele în stare solidă au o structură cristalină. Atomii dintr-un metal solid sunt aranjați în ordine și formează rețele cristaline (Fig. 1).

Orez. 1. Scheme ale rețelelor cristaline: a – cubic centrat pe corp; b – centrat pe față; c – împachetat strâns hexagonal

Celulă de cristal reprezintă cel mai mic volum al unui cristal care oferă o imagine completă a structurii atomice a metalului și se numește celulă unitară.

Metalele se caracterizează prin trei tipuri de rețele cristaline: cubic centrat pe corp (bcc), în care atomii sunt localizați la vârfurile celulei unitare și unul în centrul acesteia; cubic centrat pe fețe (fcc), în care atomii sunt situați la vârfurile celulei unitate și la centrele fețelor sale; hexagonal close-packed (hcp), care este o prismă hexagonală în care atomii sunt aranjați în trei straturi.

Proprietățile materialului depind de tipul rețelei cristaline și de parametrii care o caracterizează:

1) distanta interatomica, măsurată în angstromi 1A°=10 -8 cm

2) densitatea de ambalare ( bază de zăbrele– numărul de particule pe unitate de celulă). Cubic simplu - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) număr de coordonare(CN) – numărul maxim de atomi care sunt echidistanți și situați la cea mai apropiată distanță de atom luat ca punct de referință. Cubic simplu – CN=6, BCC – CN=8, FCC – CN=12, GPU – CN=12.

Proprietățile materialului determinate în direcția planului frontal și a planului diagonal sunt diferite - acest fenomen se numește anizotropie, adică proprietăți neuniforme în direcții diferite. Toate materialele metalice au această proprietate. Corpurile amorfe au proprietatea izotropie, adică au aceleași proprietăți în toate direcțiile.

Grilele de cristal pot avea diverse imperfecțiuni structurale care modifică semnificativ proprietățile materialului. Un singur cristal real are întotdeauna o suprafață liberă (exterioară), pe care rețeaua este distorsionată din cauza tensiunii superficiale.

Defecte structura internaîmpărțit în punct, liniar și plan.

Defectele punctuale includ locuri libere (atunci când locurile individuale ale rețelei cristaline nu sunt ocupate de atomi); atomi dislocați (dacă atomii individuali se găsesc în interstiții) sau atomi de impurități, numărul cărora chiar și în metalele pure este foarte mare. În apropierea unor astfel de defecte, rețeaua va fi deformată elastic la o distanță de una sau două perioade (Fig. 2, a).

Orez. 2. Defecte ale rețelei cristaline: un punct; b - liniar; în - planar

Defectele liniare sunt mici în două dimensiuni și destul de mari în a treia. Astfel de defecte includ deplasarea planurilor atomice sau dislocațiile și lanțurile de locuri libere (Fig. 2b). Cele mai importante proprietăți ale unor astfel de defecte sunt mobilitatea lor în interiorul cristalului și interacțiunea activă între ele și cu alte defecte.

O modificare a rețelei cristaline a unui material este posibilă sub influența factori externi, și anume temperatura și presiunea. Unele metale în stare solidă dobândesc diferite rețele cristaline în diferite intervale de temperatură, ceea ce duce întotdeauna la o schimbare a proprietăților lor fizice. proprietăți chimice.

Existența aceluiași metal în mai multe forme cristaline se numește polimorfism. Temperatura la care are loc o modificare a rețelei cristaline se numește temperatura de transformare polimorfă. Toate procesele de tratament termic se bazează pe acest fenomen. Modificările polimorfe sunt notate cu litere grecești (a, b, g și altele, care sunt adăugate simbolului elementului ca index).

Unul dintre cele mai comune materiale cu care oamenii au preferat întotdeauna să lucreze a fost metalul. În fiecare epocă, s-a acordat preferință diferitelor tipuri de aceste substanțe uimitoare. Astfel, mileniul IV-III î.Hr. este considerat Calcolitic, sau Epoca cuprului. Ulterior este înlocuit de bronz, iar apoi intră în vigoare cel care este și astăzi de actualitate - fierul.

Astăzi este, în general, dificil de imaginat că odată a fost posibil să se facă fără produse metalice, deoarece aproape totul, de la articole de uz casnic, instrumente medicale până la echipamente grele și ușoare, constă din acest material sau include piese individuale din acesta. De ce au reușit metalele să câștige atâta popularitate? Să încercăm să ne dăm seama care sunt caracteristicile și cum acestea sunt inerente structurii lor.

Conceptul general de metale

„Chimie. clasa a IX-a” este un manual folosit de școlari. Aici metalele sunt studiate în detaliu. Un capitol amplu este dedicat luării în considerare a proprietăților lor fizice și chimice, deoarece diversitatea lor este extrem de mare.

De la această vârstă se recomandă să le oferi copiilor o idee despre acești atomi și proprietățile lor, deoarece adolescenții pot aprecia deja pe deplin semnificația unor astfel de cunoștințe. Ei văd perfect că varietatea de obiecte, mașini și alte lucruri din jurul lor se bazează pe o natură metalică.

Ce este metalul? Din punct de vedere al chimiei, acești atomi sunt de obicei clasificați ca cei care au:

mic la nivel extern;
prezintă proprietăți de restaurare puternice;
au o rază atomică mare;
Ca substanțe simple, au o serie de proprietăți fizice specifice.

Baza cunoștințelor despre aceste substanțe poate fi obținută luând în considerare structura atomo-cristalină a metalelor. Acesta este ceea ce explică toate caracteristicile și proprietățile acestor compuși.

În tabelul periodic, cea mai mare parte a întregului tabel este alocată metalelor, deoarece acestea formează toate subgrupele secundare și pe cele principale de la primul până la al treilea grup. Prin urmare, superioritatea lor numerică este evidentă. Cele mai frecvente sunt:

calciu;
sodiu;
titan;
fier;
magneziu;
aluminiu;
potasiu.

Toate metalele au o serie de proprietăți care le permit să fie combinate într-un grup mare de substanțe. La rândul lor, aceste proprietăți sunt explicate tocmai prin structura cristalină a metalelor.

Proprietățile metalelor

LA proprietăți specifice Substanțele în cauză includ următoarele.

Stralucire metalica. Toți reprezentanții substanțe simple o au și majoritatea sunt la fel. Doar câteva (aur, cupru, aliaje) sunt diferite.
Maleabilitatea și plasticitatea - capacitatea de a se deforma și de a se recupera destul de ușor. Este exprimată în grade diferite în reprezentanți diferiți.
Conductivitatea electrică și termică sunt una dintre principalele proprietăți care determină domeniile de aplicare ale metalului și aliajelor sale.

Structura cristalină a metalelor și aliajelor explică motivul fiecăreia dintre proprietățile indicate și vorbește despre severitatea lor în fiecare reprezentant specific. Dacă cunoașteți caracteristicile unei astfel de structuri, atunci puteți influența proprietățile eșantionului și o puteți ajusta la parametrii doriti, ceea ce face oamenii de multe decenii.

Structura cristalină atomică a metalelor

Ce este această structură, prin ce se caracterizează? Numele în sine sugerează că toate metalele sunt cristale în stare solidă, adică în condiții normale (cu excepția mercurului, care este un lichid). Ce este un cristal?

Acest lucru este condiționat imagine grafică, construit prin intersectarea liniilor imaginare prin atomii care aliniază corpul. Cu alte cuvinte, fiecare metal este format din atomi. Ele sunt localizate în ea nu haotic, ci foarte corect și consecvent. Deci, dacă combinați mental toate aceste particule într-o singură structură, veți obține o imagine frumoasă sub forma unui corp geometric obișnuit de o anumită formă.

Aceasta este ceea ce se numește în mod obișnuit rețeaua cristalină a unui metal. Este foarte complexă și voluminoasă din punct de vedere spațial, prin urmare, pentru simplitate, nu este prezentată în totalitate, ci doar o parte, o celulă elementară. Un set de astfel de celule, colectate împreună și reflectate în și formează rețele cristaline. Chimia, fizica și metalurgia sunt științe care studiază caracteristicile structurale ale unor astfel de structuri.

Însuși este un set de atomi care sunt localizați la o anumită distanță unul de celălalt și coordonează un număr strict fix de alte particule în jurul lor. Se caracterizează prin densitatea de ambalare, distanța dintre structurile constitutive și numărul de coordonare. În general, toți acești parametri sunt caracteristici întregului cristal și, prin urmare, reflectă proprietățile prezentate de metal.

Există mai multe varietăți.Toți au o caracteristică comună - nodurile conțin atomi, iar în interior există un nor de electroni gazos, care se formează prin mișcarea liberă a electronilor în interiorul cristalului.

Tipuri de rețele cristaline

Paisprezece opțiuni de structură cu zăbrele sunt de obicei combinate în trei tipuri principale. Acestea sunt după cum urmează:

Cubic centrat pe corp.
Hexagonal strâns.
Cubic centrat pe față.

Structura cristalină a metalelor a fost studiată numai atunci când a devenit posibilă obținerea de imagini cu mărire mare. Iar clasificarea tipurilor de zăbrele a fost dată pentru prima dată de omul de știință francez Bravais, sub al cărui nume sunt uneori numite.

Rețea centrată pe corp

Structura rețelei cristaline a metalelor de acest tip este următoarea structură. Acesta este un cub cu opt atomi la nodurile sale. Un altul este situat în centrul spațiului intern liber al celulei, ceea ce explică numele „centrat pe corp”.

Aceasta este una dintre opțiunile pentru cea mai simplă structură a celulei unitare și, prin urmare, întreaga rețea în ansamblu. Următoarele metale au acest tip:

molibden;
vanadiu;
crom;
mangan;
fier alfa;
fier beta și altele.

Principalele proprietăți ale unor astfel de reprezentanți sunt grad înalt ductilitate și ductilitate, duritate și rezistență.

Rețea centrată pe față

Structura cristalină a metalelor având o rețea cubică centrată pe față este următoarea structură. Acesta este un cub care include paisprezece atomi. Opt dintre ele formează noduri de zăbrele, iar alte șase sunt localizate, câte unul pe fiecare față.

Au o structură similară:

aluminiu;
nichel;
conduce;
fier gama;
cupru.

Principalele proprietăți distinctive - strălucire culoare diferita, ușurință, rezistență, maleabilitate, rezistență crescută la coroziune.

Rețea hexagonală

Structura cristalină a metalelor cu rețele este următoarea. Celula unitară se bazează pe o prismă hexagonală. Există 12 atomi la nodurile sale, încă doi la baze și trei atomi se află liber în spațiul din centrul structurii. Sunt șaptesprezece atomi în total.

Metale precum:

alfa titan;
magneziu;
alfa cobalt;
zinc.

Principalele proprietăți sunt un grad ridicat de rezistență, strălucire argintie puternică.

Defecte ale structurii cristaline a metalelor

Cu toate acestea, toate tipurile de celule luate în considerare pot avea și deficiențe naturale, sau așa-numitele defecte. Acest lucru se poate datora diferitelor motive: atomi străini și impurități din metale, influențe externe și așa mai departe.

Prin urmare, există o clasificare care reflectă defectele pe care le pot avea rețelele cristaline. Chimia ca știință le studiază pe fiecare dintre ele pentru a identifica cauza și metoda eliminării, astfel încât proprietățile materialului să nu fie modificate. Deci, defectele sunt după cum urmează.

Loc. Ele vin în trei tipuri principale: vacante, impurități sau atomi dislocați. Acestea duc la deteriorarea proprietăților magnetice ale metalului, a conductivității sale electrice și termice.
Linear sau dislocare. Există cele de margine și șuruburi. Ele deteriorează rezistența și calitatea materialului.
Defecte de suprafață. Afectează aspectul și structura metalelor.

În prezent, s-au dezvoltat metode pentru eliminarea defectelor și obținerea de cristale pure. Cu toate acestea, nu este posibil să le eradicați complet; o rețea cristalină ideală nu există.

Importanța cunoștințelor despre structura cristalină a metalelor

Din materialul de mai sus, este evident că cunoștințele despre structura și structura fină fac posibilă prezicerea proprietăților materialului și influențarea acestora. Și știința chimiei vă permite să faceți acest lucru. clasa a 9-a școală gimnazială Pe parcursul procesului de învățare, se pune accent pe dezvoltarea la elevi a unei înțelegeri clare a importanței lanțului logic fundamental: compoziție - structură - proprietăți - aplicare.

Informațiile despre structura cristalină a metalelor sunt ilustrate foarte clar și permit profesorului să explice clar și să le arate copiilor cât de important este să cunoască structura fină pentru a utiliza corect și competent toate proprietățile.

Studiul metalelor conform sistem periodic Elementele lui Mendeleev arată că, cu excepția Mn și Hg, elementele din subgrupa A, inclusiv metalele de tranziție și majoritatea elementelor pământurilor rare, precum și metalele din subgrupele IB și IIB și unele elemente din grupa IIIB, inclusiv Al, formează unul dintre următoarele structuri metalice tipice:

A 1 - rețea cubică centrată pe față (FCC)

Rețea cubică centrată pe față Următoarele metale îl au: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt etc.

Într-o rețea cubică centrată pe fețe, atomii sunt localizați la vârfurile celulei unitare și la centrele fețelor acesteia (Fig. 1.5).

Fiecare atom din această rețea este înconjurat de 12 vecini cei mai apropiați, localizați la distanțe egale egale cu = 0,707×a, Unde A- marginea celulei unitare. Numărul celor mai apropiați vecini egal cu 12 se numește numărul de coordonare al rețelei cristaline. Pe lângă acești atomi cei mai apropiați, în rețeaua cristalină există 6 atomi, situați la distanțe semnificativ mai mari, egale cu A.

Rețeaua cristalină luată în considerare are două tipuri de goluri (spații interstițiale în care pot fi localizați atomi mai mici ai altor elemente din aliaje) formând soluții solide interstițiale.

Cele mai mari interstiții sau goluri sunt situate în centrul cubului și în mijlocul marginilor acestuia. Fiecare dintre aceste goluri este înconjurat de șase atomi ai rețelei fcc, ocupând locuri la vârfurile unui octaedru regulat. În acest sens, ele sunt numite goluri octaedrice (Figura 1.5, b). Aceste poziții ale diferitelor elemente dintr-o rețea cubică centrată pe față sunt ocupate de atomii de Na și Cl din rețeaua de NaCl. Aceleași poziții sunt ocupate de carbon în rețeaua g - Fe.

Pe langa aceste goluri, reteaua fcc are goluri mai mici, numite tetraedrice, datorita faptului ca sunt inconjurate de 4 atomi. În total, există 8 goluri tetraedrice în rețeaua fcc (Figura 1.5, V).

Mărimea golurilor tetraedrice și octaedrice poate fi simțită dacă presupunem că rețeaua este construită din sfere rigide cu raza r în contact una cu cealaltă; în acest caz, în golurile existente ar putea fi plasate sfere cu raze de 0,41 r și, respectiv, 0,225 r pentru goluri octaedrice și tetraedrice.

Planurile cele mai dens împachetate din structura unui cub centrat pe fețe sunt planurile prezentate în figură. Simbolul lor este (111) (Figura 1.5., G).

Rețea cubică centrată pe corp Metalele A 2 (bcc) au a - Fe, crom, wolfram, molibden, vanadiu, sodiu, litiu și altele. Structura A2 este mai puțin compactă.

Atomii dintr-o rețea bcc sunt localizați la vârfuri și în centrul celulei unitare (Figura 1.6).

Fiecare atom din această celulă are 8 cei mai apropiați vecini situati la o distanță de unde, A- lungimea muchiei cubului. Prin urmare, numărul de coordonare al rețelei este 8. Uneori se notează (8 + 6), deoarece următorii atomi cei mai îndepărtați sunt localizați la distanța a, numărul lor este 6.

Există, de asemenea, 2 tipuri de goluri în structura bcc. Cele mari ocupă poziții pe fețele cubului (Figura 1.6, V). Sunt inconjurati de 4 atomi situati la varfurile tetraedrului, ale caror margini sunt egale in perechi. Goluri mai mici, înconjurate de 6 atomi care ocupă locuri la vârfurile octaedrului neregulat, sunt situate în mijlocul marginilor și fețelor celulei (Figura 1.6, G). Dacă structura unei rețele bcc este construită din bile dure, atunci sferele cu o rază de 0,292 r pot fi plasate în goluri tetraedrice, iar sferele cu o rază de 0,292 r pot fi plasate în goluri octaedrice și 0,154 r în goluri octaedrice.

Astfel, dimensiunea maximă a unei sfere care poate fi plasată în golurile unei rețele fcc mai dens împachetate se dovedește a fi mai mare decât într-o rețea bcc.

Introducerea altor atomi în porul octaedric al rețelei bcc determină o deplasare a doi atomi într-o direcție paralelă cu marginea cubului, ceea ce determină expansiunea rețelei în această direcție. În structura martensitei, în care atomii de carbon sunt înglobați în goluri octaedrice situate numai pe muchii paralele cu axa C și în centrele fețelor perpendiculare pe această axă, aceasta duce la distorsiunea tetragonală a rețelei a - Fe.

Cele mai împachetate avioane bcc sunt 12 avioane din familia (110) (Figura 1.6. b). În aceste planuri există 2 direcții în care bilele rigide se pot atinge.

Rețea hexagonală compactă A3 (hcp) este posedat de metale precum Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr.

Sita hexagonală este construită din straturi separate, și în așa fel încât fiecare atom al oricărui strat să fie înconjurat de 6 vecini aflați la distanțe egale aparținând aceluiași strat și, în plus, are trei vecini cei mai apropiați în straturile situate deasupra și sub acest strat (Figura 1.7).

Distanța dintre atomi în straturi hexagonale este notă cu A, înălțimea celulei până la c. Cei mai apropiati șase vecini situati în straturi adiacente vor fi, de asemenea, la o distanță de un atom dat dacă raportul axial s/a va fi, atunci o astfel de structură se numește compactă ideală. În plus, numărul de coordonare în acest caz, precum și în rețeaua fcc, este egal cu 12.

Majoritatea metalelor cu o rețea compactă hexagonală au un raport axial s/a= 1,56 - 1,63. Excepții sunt Zn și Cd (1,86; 1,89). Acest lucru se datorează faptului că norii de electroni ai atomilor de Zn și Cd nu au simetrie sferică și sunt alungiți de-a lungul axei C. Într-o rețea compactă hexagonală, precum și într-o rețea fcc, există 2 tipuri de goluri. : octaedric și tetraedric (Figura 1.7, b).

Diametrele sferelor dure care pot fi plasate în aceste goluri, precum și pentru fcc, sunt 0,41 r și 0,225 r.

Uită-te doar la construcția planurilor compacte ale rețelei FCC (111) (Figura 1.8, A) pentru a găsi o analogie completă în construcția atomilor din aceste două rețele. Diferența dintre aceste rețele este alternanța straturilor. Dacă într-o rețea hexagonală există o alternanță de straturi ABAB etc., atunci într-o rețea fcc: ABCABS (Figura 1.8, b), adică în acest caz, se utilizează a treia poziție posibilă a stratului compact.

Diferența de raport de energie dintre aceste două rețele este nesemnificativă și, în legătură cu aceasta, succesiunea de alternanță a straturilor poate fi ușor întreruptă în timpul deformării plastice, precum și ca urmare a apariției defectelor cristalului în timpul creșterii sale, așa-numitele defecte de stivuire.

Astfel, diferența aparentă în construcția rețelelor hcp și fcc nu este deloc mare (Figura 1.8).

Carbonul sub formă de diamant, siliciu, germaniu, a-stan (gri) au dublu cubic grătar de tip diamant(Figura 1.9). Diferă de rețeaua fcc prin prezența a patru atomi suplimentari în patru din cele opt goluri tetraedrice. Ca urmare, structura se dovedește a fi mai liberă.

Fiecare atom de diamant este înconjurat de doar patru vecini cei mai apropiați, situati la colțurile unui tetraedru obișnuit. Numărul de coordonare al acestei structuri este 4.

După cum se arată mai sus, aceleași metale la temperaturi diferite pot avea structuri cristaline diferite, ceea ce este cauzat de alotropia lor.

O transformare alotropică (polimorfă) este o modificare a rețelei spațiale a unui corp cristalin.

Exemple de transformări alotrope includ transformarea formei alotrope de temperatură joasă a - Fe cu o rețea cubică centrată pe corp în forma de temperatură înaltă g - Fe cu o rețea cubică centrată pe față, la o temperatură de 910 ° C și transformarea ulterioară la o temperatură de 1392 ° C g - Fe în d - Fe cu o rețea cubică centrată pe corp similară cu a - Fe. Transformări similare pot fi observate la titan, zirconiu etc. În titan și zirconiu, forma alotropică la temperatură joasă este a - Ti, a - Zr cu o rețea hexagonală compactă. La temperaturi peste 882 °C pentru titan și 862 °C pentru zirconiu, se formează b - Ti și b - Zr, care au o rețea centrată pe corp.

După cum ați văzut, transformarea alotropică este aceea structura atomica corpul cristalin se modifică atunci când este încălzit și răcit. Procesul de rearanjare a rețelei cristaline în sine are loc izotermic la o temperatură constantă; curba de răcire a unui aliaj care suferă transformări alotropice este similară cu curba observată în timpul solidificării metalului lichid. Temperatura de tranziție se numește punct critic transformări. La temperatura (T 0) se observă un echilibru de fază a două varietăți alotrope.

Similar procesului de cristalizare, transformarea alotropică are loc cu absorbția căldurii în timpul încălzirii și eliberarea acesteia în timpul răcirii. Transformarea alotropică (tot prin analogie cu procesul de cristalizare) are loc prin formarea nucleelor și creșterea ulterioară a acestora și, prin urmare, are loc întotdeauna cu prezența suprarăcirii (în timpul răcirii) și supraîncălzirii la încălzire.

Transformarea alotropică are loc, la fel ca și procesul de cristalizare, în legătură cu dorința sistemului de a reduce energia liberă.