Kristal panjaralar. Kristall panjaralarning turlari

Kub tizimi bilan bog'liq bo'lgan yuz markazlashtirilgan kubik hujayra; Shuningdek qarang: hujayra elektrolitik hujayra yuzi markazlashtirilgan hujayra ...

Hujayra- : Shuningdek qarang: elektrolitik hujayra yuzi markazlashtirilgan hujayra bazasi markazlashtirilgan hujayra ... Metallurgiya ensiklopedik lug'ati

YUZ MARKAZLIK KUBIK HUJAYRA- Bravais panjaralarining 14 turidan biri. U kubning barcha yuzlarining tepalarida va markazlarida tugunlarning joylashishi bilan tavsiflanadi. Geologik lug'at: 2 jildda. M .: Nedra. K. N. Paffengolts va boshqalar tomonidan tahrirlangan 1978 ... Geologik entsiklopediya

kub tizimi- kristallografik singoniya, bu kristallning birlik hujayrasining burchaklari va qirralari orasidagi nisbat bilan tavsiflanadi: a = b = c, a = b = g = 90º. U 5 ta sinfga (nuqta simmetriya guruhlari) bo'linadi. * * * KUB SINGONIY KUBIK… … ensiklopedik lug'at

kubik panjara (K6)- elementar hujayrasi kubik singoniyaga mansub kristall panjara; Shuningdek qarang: To'r triklinik panjarasi tetragonal panjara fazoviy panjara ... Metallurgiya ensiklopedik lug'ati

Kubik tizim

Kubik yuz markazlashtirilgan panjara- Kristallografiyada kub sistemasi yetti singoniyadan biridir. Kubik kristallning birlik hujayrasi bir-biriga perpendikulyar bo'lgan teng uzunlikdagi uchta vektor bilan aniqlanadi. Kub singoniyasida Bravais panjaralarining uch turi mavjud: ... ... Vikipediya

Kubik panjara- Kristallografiyada kub sistemasi yetti singoniyadan biridir. Kubik kristallning birlik hujayrasi bir-biriga perpendikulyar bo'lgan teng uzunlikdagi uchta vektor bilan aniqlanadi. Kub singoniyasida Bravais panjaralarining uch turi mavjud: ... ... Vikipediya

elektrolitik hujayra- elektrokimyoviy reaktsiyalar amalga oshiriladigan elektrodlar bilan jihozlangan elektrolitli idish; sanoat elektrolizatorlarining asosiy konstruktiv elementi. Elektrolitik hujayra dizaynlari juda xilma-xildir. IN…… Metallurgiya ensiklopedik lug'ati

yuz markazlashtirilgan hujayra- kristallning parallelepiped shaklidagi elementar xujayrasi, uning har bir yuzining markazida uning uchlaridagi atomlar bilan bir xil turdagi qo'shimcha atom mavjud; Shuningdek qarang: elektrolitik hujayra... Metallurgiya ensiklopedik lug'ati

molekulyar kristallar. Moddaning neytral molekulalari kristall panjaraning tugunlarida joylashgan bo'lib, ular orasidagi o'zaro ta'sir kuchlari atomlarning elektron qobiqlaridagi elektronlarning bir oz o'zaro siljishi bilan bog'liq. Bu kuchlar van der Vaals kuchlari deb ataladi, chunki ular molekulalar orasidagi tortishish kuchlari bilan bir xil xususiyatga ega bo'lib, gazlarning ideallikdan chetlanishiga olib keladi. Molekulyar kristallar, masalan, ko'pchilik organik birikmalar (parafin, spirt, kauchuk va boshqalar), inert gazlar (Ne, Ar, Kr, Xe) va CO 2 gazlari, Oh 2, Qattiq holatda N2, muz, shuningdek, brom Br 2, yod 1 2 kristallari. Van der Vaals kuchlari ancha zaif, shuning uchun molekulyar kristallar osongina deformatsiyalanadi.

Ba'zi qattiq jismlarda bir vaqtning o'zida bir nechta aloqa turlari sodir bo'lishi mumkin. Masalan, grafit (olti burchakli panjara). Grafit panjarasi (105-rasm) uglerod atomlari muntazam olti burchakli uchlarida joylashgan bir qator parallel tekisliklardan iborat. Samolyotlar orasidagi masofa olti burchakli atomlar orasidagi masofadan ikki baravar ko'p. Yassi qatlamlar bir-biri bilan van der Vaals kuchlari bilan bog'langan. Qatlam ichida har bir uglerod atomining uchta valent elektroni qo'shni uglerod atomlari bilan kovalent bog' hosil qiladi va "erkin" qolgan to'rtinchi elektron kollektivlashtiriladi, lekin metallardagi kabi butun panjarada emas, balki bitta ichida. qatlam. Shunday qilib, bu holda uch turdagi aloqa amalga oshiriladi: gomeopolar va metall - bir qatlam ichida; van der Waals - qatlamlar orasida. Bu grafitning yumshoqligini tushuntiradi, chunki uning fillari bir-biriga nisbatan siljishi mumkin.

Ikki xil uglerod - grafit va olmosning kristall panjaralari tuzilishidagi farq ularning fizik xususiyatlaridagi farqni tushuntiradi: grafitning yumshoqligi va olmosning qattiqligi; grafit elektr tokini o'tkazuvchisi, olmos dielektrik (erkin elektronlar yo'q) va boshqalar.

Kristallardagi atomlarning joylashishi ham koordinatsion raqam bilan tavsiflanadi - kristall panjaradagi berilgan atom yoki molekulyar kristallardagi molekulalar bilan bir xil turdagi eng yaqin qo'shni atomlar soni. Model tasvir uchun

Atomlar va ionlardan kristall tuzilmalarni hosil qilishda sharlarning zich o'rash tizimi qo'llaniladi. Samolyotda bir xil radiusli sharlarni zich o'rashning eng oddiy holatini ko'rib chiqsak, biz ularni joylashtirishning ikkita usuliga kelamiz (106-rasm, a, b). To'g'ri o'rash zichroqdir, chunki teng miqdordagi to'plar bilan, yon tomoni kvadratning yon tomoniga teng bo'lgan rombning maydoni kvadratning maydonidan kamroq bo'ladi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, paketlardagi farq koordinatsion raqamlardagi farqga kamayadi: chap paketda koordinatsion raqam 4, o'ngda - b, t. qadoqlash qanchalik zichroq bo'lsa, muvofiqlashtirish soni shunchalik katta bo'ladi.

Keling, qanday sharoitlarda kosmosdagi sferalarning zich o'rashi ilgari berilgan u yoki bu kristall tuzilishga mos kelishi mumkinligini ko'rib chiqaylik. Keling, rasmda ko'rsatilgan to'plar qatlamidan panjara qurishni boshlaylik. 106 6. Keyingi mulohazalarni soddalashtirish uchun biz sharlarning markazlarini ular yotadigan tekislikka proyeksiya qilamiz, ularni oq doiralar bilan belgilaymiz (107-rasm). Xuddi shu tekislikda biz to'plar orasidagi bo'shliqlarning markazlarini loyihalashtiramiz, ular rasmda ko'rsatilgan. 107, mos ravishda, qora doiralar va xochlar bilan. Har qanday yaqin qatlam qatlam deb ataladi Agar uning to'plari markazlari kulrang doiralar, bir qatlam ustida joylashgan IN- qizil doiralar ustida bo'lsa, qatlam FROM- agar yuqoridagi xochlar bo'lsa. Yuqori qatlam LEKIN biz ikkinchi zich qatlamni yotqizamiz, shunda bu qatlamning har bir to'pi birinchi qatlamning uchta to'pi ustida yotadi. Bu ikki yo'l bilan amalga oshirilishi mumkin: uni ikkinchi qatlam sifatida qabul qilish yoki IN, yoki FROM. Uchinchi qatlam "ikki usulda yana stacked bo'lishi mumkin, va hokazo. Shunday qilib, yaqin qadoqlash ketma-ketlik sifatida tasvirlangan bo'lishi mumkin. ABWAS..., unda bir xil harflar bilan belgilangan qatlamlar yonma-yon turolmaydi.

Kristallografiyada mumkin bo'lgan ko'plab kombinatsiyalardan ikkita qadoqlash turi haqiqiy ahamiyatga ega: 1) ikki qatlamli qadoqlash ABABAB...- olti burchakli yaqin o'ralgan struktura (108-rasm); 2) uch qatlamli qadoqlash ABC...- kubik yuzga markazlashtirilgan struktura (109-rasm). Ikkala panjarada ham koordinatsion raqam 12 ga teng va qadoqlash zichligi bir xil - atomlar kristalning umumiy hajmining 74% ni egallaydi. Kub tanasi markazlashtirilgan panjaraga mos keladigan koordinatsion raqam 8, olmos panjarasi (104-rasmga qarang) 4 ga teng.

Ikki va uch qatlamli paketlarga qo'shimcha ravishda, masalan, bir xil qatlamlarning uzoq takrorlanish davri bilan ko'p qatlamli paketlarni qurish mumkin. AVSVASAVSVASS...- olti qatlamli qadoqlash. 6, 15 va 243 qatlamli takrorlash davri bilan SiC karbidining modifikatsiyasi mavjud.

Agar kristall turli elementlarning atomlaridan qurilgan bo'lsa, uni turli o'lchamdagi to'plarning zich o'rashi sifatida ko'rsatish mumkin. Shaklda. 110 tuz kristalining namunaviy tasvirini ko'rsatadi. Katta xlor ionlari (r = 181 pm) zich uch qatlamli o'rash hosil qiladi, ularda katta bo'shliqlar kichikroq bo'shliqlar bilan to'ldiriladi.

natriy ionlari bilan o'lchami (r = 98 pm). Har bir Na ioni oltita O ioni bilan o'ralgan va aksincha, har bir C1 ioni oltita Na ioni bilan o'ralgan.

Kristallardagi nuqsonlar

§ 71da ko'rib chiqilgan ideal kristall tuzilmalar faqat juda kichik hajmdagi haqiqiy kristallarda mavjud bo'lib, ularda har doim panjara joylarida zarrachalarning tartibli joylashuvidan chetlanishlar mavjud bo'lib, ular panjara nuqsonlari deb ataladi. Qusurlar kristallarning hosil bo'lishi va o'sishi jarayonida paydo bo'ladigan makroskopik (masalan, yoriqlar, teshiklar, begona makroskopik qo'shimchalar) va davriylikdan mikroskopik og'ishlar tufayli makroskopiklarga bo'linadi.

Mikrodefektlar nuqta va chiziqli bo'linadi. Nuqta nuqsonlari uch xil bo‘ladi: 1) vakansiya – kristall panjara o‘rnida atomning yo‘qligi (111-rasm, lekin); 2) interstitsial atom - atom; interstitsial bo'shliqqa kiritilgan (111-rasm, 6); 3) nopoklik atomi - nopoklik atomi yoki kristall panjaradagi asosiy moddaning o'rnini bosuvchi atomi (almashtiruvchi nopoklik, 111-rasm, ichida), yoki interstitsial bo'shliqqa ko'milgan (kirish aralashmasi, 111-rasm, b; faqat oraliqlarda asosiy moddaning atomi o'rniga nopoklik atomi mavjud). Nuqta nuqsonlari uzoq masofali tartiblarga ta'sir qilmasdan, faqat kristallardagi qisqa masofali tartibni buzadi - bu ularning xarakterli xususiyati.

Chiziqli nuqsonlar uzoq muddatli tartibni buzadi. Tajribalardan ma'lum bo'lishicha, kristallarning mexanik xossalari asosan maxsus turdagi nuqsonlar - dislokatsiyalar bilan belgilanadi. Dislokatsiyalar - bu atom tekisliklarining to'g'ri almashinishini buzadigan chiziqli nuqsonlar.

Dislokatsiyalar chekka va vintlardir. Agar kristall ichida atom tekisliklaridan biri uzilib qolsa, bu tekislikning cheti chekka dislokatsiyasini hosil qiladi (112-rasm, lekin). Vint dislokatsiyasida (112-rasm, b) kristall ichidagi atom tekisliklarining hech biri buzilmaydi va tekisliklarning o'zi faqat taxminan parallel va bir-biriga yaqin joylashganki, aslida kristal bittadan iborat. atom tekisligi, spiral yuzasi bo'ylab egilgan.

Mukammal monokristallar uchun dislokatsiya zichligi (kristal sirtining birlik maydonidagi dislokatsiyalar soni) 10 2 -10 3 sm -2, deformatsiyalangan kristallar uchun - 10 10 -10 12 sm - 2 . Dislokatsiyalar hech qachon uzilmaydi, ular yer yuzasiga yoki shoxiga keladi, shuning uchun haqiqiy kristallda dislokatsiyalarning tekis yoki fazoviy tarmoqlari hosil bo'ladi. Dislokatsiyalar va ularning harakatlanishini elektron mikroskop yordamida, shuningdek, selektiv qirqish usuli bilan kuzatish mumkin - dislokatsiyalar yuzaga kelgan joylarda o'chirish chuqurlari paydo bo'ladi (reagent ta'sirida kristalning intensiv buzilishi), qaysi "manifest" dislokatsiyalar.

Qattiq holatdagi barcha metallar kristall tuzilishga ega. Qattiq metalldagi atomlar tartiblangan va kristall panjaralar hosil qiladi (1-rasm).

Guruch. 1-rasm. Kristal panjaralarning diagrammalari: a – tana markazlashtirilgan kub; b - yuzga qaratilgan; c - olti burchakli yaqin o'ralgan

Kristal hujayra kristallning eng kichik hajmini ifodalaydi, bu metallning atom tuzilishi haqida to'liq tasavvur beradi va birlik hujayra deb ataladi.

Metallar uchta turdagi kristall panjaralar bilan tavsiflanadi: kubik tana markazli (bcc), atomlar birlik hujayraning uchlarida va bitta uning markazida joylashgan; yuz markazlashtirilgan kub (fcc), unda atomlar birlik katakchasining tepalarida va uning yuzlarining markazlarida joylashgan; olti burchakli yaqin o'ralgan (hcp), bu olti burchakli prizma bo'lib, unda atomlar uchta qatlamda joylashgan.

Materialning xususiyatlari kristall panjara turiga va uni tavsiflovchi parametrlarga bog'liq:

1) atomlararo masofa, angstromlarda o'lchanadi 1A°=10 -8 sm

2) qadoqlash zichligi ( panjara asosi hujayra birligidagi zarrachalar soni). Kubik oddiy - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) muvofiqlashtirish raqami(KN) - teng masofada joylashgan va mos yozuvlar nuqtasi sifatida olingan atomdan eng yaqin masofada joylashgan atomlarning maksimal soni. Kubik oddiy - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Old tekislik va diagonal tekislik yo'nalishi bo'yicha aniqlangan moddiy xususiyatlar har xil - bu hodisa deyiladi. anizotropiya, ya'ni turli yo'nalishlarda notekis xususiyatlar. Barcha metall materiallar bu xususiyatga ega. Amorf jismlar xossaga ega izotropiya, ya'ni. barcha yo'nalishlarda bir xil xususiyatlarga ega.

Kristalli panjaralar materialning xususiyatlarini sezilarli darajada o'zgartiradigan turli xil strukturaviy kamchiliklarga ega bo'lishi mumkin. Haqiqiy yagona kristall har doim erkin (tashqi) sirtga ega bo'lib, sirt tarangligi tufayli panjara buzilgan.

Ichki strukturaning nuqsonlari nuqta, chiziqli va tekislikka bo'linadi.

Nuqta nuqsonlari bo'sh o'rinlarni o'z ichiga oladi (kristal panjaraning alohida joylari atomlar bilan band bo'lmaganda); dislokatsiyalangan atomlar (agar alohida atomlar oraliqlarda bo'lsa) yoki nopoklik atomlari, ularning soni hatto sof metallarda ham juda katta. Bunday nuqsonlar yaqinida panjara bir yoki ikki davr oralig'ida elastik tarzda buziladi (2a-rasm).

Guruch. 2. Kristal panjaradagi nuqsonlar: a - nuqta; b - chiziqli; c - tekislik

Chiziqli nuqsonlar ikki o'lchamda kichik, uchinchisida esa juda katta. Bunday nuqsonlarga atom tekisliklarining siljishi yoki dislokatsiyalar va bo'sh o'rinlar zanjirlari kiradi (2b-rasm). Bunday nuqsonlarning eng muhim xususiyati ularning kristall ichidagi harakatchanligi va bir-biri bilan va boshqa nuqsonlar bilan faol o'zaro ta'siridir.

Materialning kristall panjarasining o'zgarishi tashqi omillar, ya'ni harorat va bosim ta'siri ostida mumkin. Har xil harorat oralig'ida qattiq holatda bo'lgan ba'zi metallar har xil kristall panjaralarni oladi, bu esa har doim ularning fizik-kimyoviy xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi.

Xuddi shu metallning bir nechta kristall shakllarda mavjudligi deyiladi polimorfizm. Kristal panjaraning o'zgarishi sodir bo'ladigan harorat polimorf o'zgarish harorati deb ataladi. Barcha issiqlik bilan ishlov berish jarayonlari ushbu hodisaga asoslanadi. Polimorf modifikatsiyalar yunoncha harflar bilan belgilanadi (a, b, g va boshqalar, ular element belgisiga indeks sifatida qo'shiladi).

Odamlar doimo ishlashni afzal ko'rgan eng keng tarqalgan materiallardan biri metall edi. Har bir davrda bu ajoyib moddalarning har xil turlariga ustunlik berildi. Demak, miloddan avvalgi IV-III ming yilliklar xalkolit yoki mis davri hisoblanadi. Keyinchalik u bronza bilan almashtiriladi, keyin esa bugungi kunda ham dolzarb bo'lgan - temir kuchga kiradi.

Bugungi kunda buni bir vaqtlar metall buyumlarsiz qilish mumkinligini tasavvur qilish qiyin, chunki uy-ro'zg'or buyumlari, tibbiy asboblar va og'ir va engil jihozlargacha deyarli hamma narsa ushbu materialdan iborat yoki undan alohida qismlarni o'z ichiga oladi. Nima uchun metallar bunday mashhurlikka erisha oldi? Xususiyatlari qanday va ularning tuzilishiga qanday xosdir, keling, buni batafsilroq tushunishga harakat qilaylik.

Metallar haqida umumiy tushuncha

"Kimyo. 9-sinf" darsligi maktab o'quvchilari tomonidan qo'llaniladi. Aynan shu erda metallar batafsil o'rganiladi. Ularning fizik va kimyoviy xossalarini ko'rib chiqish katta bobga bag'ishlangan, chunki ularning xilma-xilligi juda katta.

Aynan shu yoshdan boshlab bolalarga ushbu atomlar va ularning xususiyatlari haqida tushuncha berish tavsiya etiladi, chunki o'smirlar bunday bilimlarning qiymatini allaqachon to'liq tushunishlari mumkin. Ular turli xil narsalar, mashinalar va ularni o'rab turgan boshqa narsalar faqat metall tabiatga asoslanganligini juda yaxshi ko'rishadi.

Metall nima? Kimyo nuqtai nazaridan, ushbu atomlarga quyidagilarga ega bo'lganlarga murojaat qilish odatiy holdir:

tashqi darajada kichik;
kuchli restorativ xususiyatlarni ko'rsatish;
katta atom radiusiga ega;
qanday oddiy moddalar bir qator o'ziga xos jismoniy xususiyatlarga ega.

Bu moddalar haqidagi bilimlar asosini metallarning atom-kristal tuzilishini hisobga olgan holda olish mumkin. Bu birikmalarning barcha xususiyatlari va xususiyatlarini tushuntiradi.

Davriy tizimda butun jadvalning katta qismi metallar uchun ajratilgan, chunki ular barcha ikkilamchi kichik guruhlarni va birinchi guruhdan uchinchi guruhgacha bo'lgan asosiylarni tashkil qiladi. Shuning uchun ularning son jihatdan ustunligi aniq. Eng keng tarqalganlari:

kaltsiy;
natriy;
titan;
temir;
magniy;
alyuminiy;
kaliy.

Barcha metallar ularni bir katta moddalar guruhiga birlashtirishga imkon beruvchi bir qator xususiyatlarga ega. O'z navbatida, bu xususiyatlar metallarning kristalli tuzilishi bilan aniq tushuntiriladi.

Metall xossalari

Ko'rib chiqilayotgan moddalarning o'ziga xos xususiyatlariga quyidagilar kiradi.

Metall porlash. Unga oddiy moddalarning barcha vakillari ega bo'lib, ularning ko'pchiligi bir xil.Faqat ba'zilari (oltin, mis, qotishmalar) farqlanadi.
Egiluvchanlik va egiluvchanlik - bu juda oson deformatsiya va tiklanish qobiliyati. Turli vakillarda u har xil darajada ifodalanadi.
Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi metall va uning qotishmalarining ko'lamini belgilaydigan asosiy xususiyatlardan biridir.

Metall va qotishmalarning kristalli tuzilishi ko'rsatilgan xususiyatlarning har birining sababini tushuntiradi va har bir o'ziga xos vakilda ularning jiddiyligi haqida gapiradi. Agar siz bunday tuzilmaning xususiyatlarini bilsangiz, unda siz namunaning xususiyatlariga ta'sir qilishingiz va uni odamlar ko'p o'n yillar davomida qilgan kerakli parametrlarga moslashingiz mumkin.

Metalllarning atom-kristal tuzilishi

Bunday tuzilma nima, u nima bilan tavsiflanadi? Nomning o'zi barcha metallarning qattiq holatda, ya'ni normal sharoitda (suyuq bo'lgan simobdan tashqari) kristallar ekanligini ko'rsatadi. Kristal nima?

Bu an'anaviy grafik tasvir bo'lib, tanani birlashtirgan atomlar orqali xayoliy chiziqlarni kesib o'tish orqali yaratilgan. Boshqacha qilib aytganda, har bir metall atomlardan iborat. Ular unda tasodifiy emas, balki juda muntazam va izchil joylashgan. Shunday qilib, agar siz ushbu zarralarning barchasini aqliy ravishda bitta tuzilishga birlashtirsangiz, siz har qanday shakldagi muntazam geometrik jism shaklida chiroyli tasvirga ega bo'lasiz.

Bu metallning kristall panjarasi deb ataladi. Bu juda murakkab va fazoviy hajmli, shuning uchun soddaligi uchun uning hammasi emas, balki faqat bir qismi, elementar hujayra ko'rsatilgan. Bunday hujayralar to'plami birlashtirilib, aks ettiriladi va kristall panjaralarni hosil qiladi. Kimyo, fizika va metallshunoslik bunday tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganadigan fanlardir.

Sama - bu bir-biridan ma'lum masofada joylashgan va ular atrofidagi boshqa zarralarning qat'iy belgilangan sonini muvofiqlashtiradigan atomlar to'plami. U qadoqlash zichligi, tarkibiy tuzilmalar orasidagi masofa va muvofiqlashtirish raqami bilan tavsiflanadi. Umuman olganda, bu parametrlarning barchasi butun kristalning xarakteristikasi bo'lib, shuning uchun metall tomonidan ko'rsatilgan xususiyatlarni aks ettiradi.

Bir nechta navlari bor.Ularning barchasini bitta xususiyat birlashtiradi - tugunlarda atomlar mavjud va ichida elektron gaz buluti mavjud bo'lib, u kristall ichidagi elektronlarning erkin harakatidan hosil bo'ladi.

Kristall panjaralarning turlari

Panjara tuzilishi uchun o'n to'rtta variant odatda uchta asosiy turga birlashtiriladi. Ular quyidagilar:

Tana markazlashtirilgan kub.
Olti burchakli mahkam o'ralgan.
Yuz markazlashtirilgan kub.

Metalllarning kristall tuzilishi tasvirlarni katta kattalashtirish imkoniyati paydo bo'lgandagina o'rganildi. Va panjara turlarini tasniflash birinchi marta frantsuz olimi Bravais tomonidan kiritilgan bo'lib, ular ba'zan uning nomi bilan ataladi.

Tana markazlashtirilgan panjara

Ushbu turdagi metallarning kristall panjarasining tuzilishi quyidagi tuzilishga ega. Bu kub bo'lib, uning tugunlarida sakkizta atom mavjud. Yana biri hujayraning bo'sh ichki maydonining markazida joylashgan bo'lib, bu "tanaga markazlashtirilgan" nomini tushuntiradi.

Bu elementar hujayraning eng oddiy tuzilishining variantlaridan biri va shuning uchun butun panjara. Ushbu turdagi metallar quyidagilardir:

molibden;
vanadiy;
xrom;
marganets;
alfa temir;
beta temir va boshqalar.

Bunday vakillarning asosiy xususiyatlari yuqori darajada egiluvchanlik va plastiklik, qattiqlik va kuchdir.

yuz markazlashtirilgan panjara

Yuz markazlashtirilgan kubik panjaraga ega bo'lgan metallarning kristall tuzilishi quyidagi tuzilishdir. Bu o'n to'rt atomni o'z ichiga olgan kub. Ulardan sakkiztasi panjara tugunlarini hosil qiladi va yana oltitasi har bir yuzda bittadan joylashgan.

Ular o'xshash tuzilishga ega:

alyuminiy;
nikel;
qo'rg'oshin;
gamma temir;
mis.

Asosiy farqlovchi xususiyatlar - turli xil ranglarning porlashi, engilligi, mustahkamligi, moslashuvchanligi, korroziyaga chidamliligi.

Olti burchakli panjara

Metalllarning panjarali kristall tuzilishi quyidagicha. Elementar hujayra olti burchakli prizmaga asoslangan. Uning tugunlarida 12 ta atom, yana ikkitasi asosda va uchta atom strukturaning markazidagi bo'shliq ichida erkin yotadi. Faqat o'n etti atom.

Quyidagi kabi metallar:

alfa titan;
magniy;
alfa kobalt;
sink.

Asosiy xususiyatlar - yuqori darajadagi kuch, kuchli kumushrang nashrida.

Metalllarning kristall tuzilishidagi nuqsonlar

Shu bilan birga, barcha ko'rib chiqilgan hujayralar turlarida ham tabiiy nuqsonlar yoki nuqsonlar bo'lishi mumkin. Bu turli sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin: begona atomlar va metallardagi aralashmalar, tashqi ta'sirlar va boshqalar.

Shuning uchun, kristall panjaralar bo'lishi mumkin bo'lgan nuqsonlarni aks ettiruvchi tasnif mavjud. Kimyo fan sifatida materialning xossalari o'zgarmasligi uchun sabab va chorasini aniqlash uchun ularning har birini o'rganadi. Shunday qilib, kamchiliklar quyidagicha.

Nuqta. Ular uchta asosiy turga bo'linadi: bo'sh joylar, aralashmalar yoki dislokatsiyalangan atomlar. Ular metallning magnit xususiyatlarining, uning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligining yomonlashishiga olib keladi.
Chiziqli yoki dislokatsiya. Marginal va vintni ajrating. Materialning mustahkamligi va sifatini yomonlashtiring.
sirt nuqsonlari. Ular metallarning tashqi ko'rinishi va tuzilishiga ta'sir qiladi.

Hozirgi vaqtda nuqsonlarni bartaraf etish va sof kristallar olish usullari ishlab chiqilgan. Biroq, ularni butunlay yo'q qilish mumkin emas, ideal kristall panjara mavjud emas.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi bilimlarning ahamiyati

Yuqoridagi materialdan ko'rinib turibdiki, nozik tuzilish va tuzilishni bilish materialning xususiyatlarini oldindan aytish va ularga ta'sir qilish imkonini beradi. Bu esa kimyo fanini bajarishga imkon beradi. Umumta’lim maktabining 9-sinfida asosiy e’tibor o‘quvchilarga fundamental mantiqiy zanjirning ahamiyatini aniq tushunishga o‘rgatish: tarkibi – tuzilishi – xossalari – qo‘llanilishi.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi ma'lumotlar juda aniq tasvirlangan va o'qituvchiga bolalarga barcha xususiyatlardan to'g'ri va malakali foydalanish uchun nozik tuzilishni bilish qanchalik muhimligini aniq tushuntirish va ko'rsatish imkonini beradi.

Mendeleyev elementlarining davriy tizimiga muvofiq metallarni o‘rganish shuni ko‘rsatadiki, Mn va Hg dan tashqari, A kichik guruh elementlari, jumladan, o‘tish metallari va ko‘pchilik nodir yer elementlari, shuningdek, IB va IIB kichik guruh metallari va IIIB guruhining ba'zi elementlari, shu jumladan Al, quyidagi tipik metall tuzilmalardan birini tashkil qiladi:

1 kubik yuz markazlashtirilgan panjara (fcc)

kubik yuz markazlashtirilgan panjara quyidagi metallar mavjud: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt va boshqalar.

Kubik yuz markazlashtirilgan panjarada atomlar birlik katakning uchlarida va uning yuzlari markazlarida joylashgan (1.5-rasm).

Ushbu panjaradagi har bir atom = ga teng masofada joylashgan 12 ta eng yaqin qo'shni bilan o'ralgan. 0,707×a, qayerda lekin- elementar hujayra qirrasi. 12 ga teng bo'lgan eng yaqin qo'shnilar soni kristall panjaraning koordinatsion soni deb ataladi. Ushbu eng yaqin atomlarga qo'shimcha ravishda, kristall panjarada 6 ta atom mavjud bo'lib, ular juda katta masofada joylashgan bo'lib, ular quyidagilarga teng: lekin.

Ko'rib chiqilayotgan kristall panjarada oraliq qattiq eritmalarni hosil qiluvchi ikki turdagi bo'shliqlar (qotishmalardagi boshqa elementlarning kichikroq atomlari joylashishi mumkin bo'lgan oraliqlar) mavjud.

Eng katta internodlar yoki bo'shliqlar kubning markazida va uning qirralarining o'rtasida joylashgan. Bu bo'shliqlarning har biri fcc panjarasining oltita atomi bilan o'ralgan bo'lib, muntazam oktaedrning uchlarida o'rinlarni egallaydi. Shu munosabat bilan ular oktaedral bo'shliqlar deb ataladi (1.5-rasm, b). Yuz markazlashtirilgan kubik panjaradagi turli elementlarning bunday pozitsiyalarini NaCl panjarasidagi Na va Cl atomlari egallaydi. Xuddi shu pozitsiyalarni g-Fe panjarasida uglerod egallaydi.

Fcc panjarasidagi bu bo'shliqlardan tashqari, ular 4 ta atom bilan o'ralganligi sababli tetraedral deb ataladigan kichikroq bo'shliqlar mavjud. Hammasi bo'lib fcc panjarasida 8 ta tetraedral bo'shliq mavjud (1.5-rasm, ichida).

Tetraedral va oktaedral bo'shliqlarning o'lchamlari, agar panjara bir-biri bilan aloqada bo'lgan r radiusli qattiq sharlardan qurilgan deb hisoblasak, sezilishi mumkin; bu holda, mavjud bo'shliqlarga oktaedral va tetraedral bo'shliqlar uchun mos ravishda 0,41 r va 0,225 r radiusli sharlar joylashtirilishi mumkin edi.

Yuz markazlashtirilgan kub tuzilishidagi eng zich joylashgan tekisliklar rasmda ko'rsatilgan tekisliklardir. Ularning belgisi (111) (1.5-rasm, G).

tana markazlashtirilgan kubik panjara Va 2 (bcc) metallarga ega a - Fe, xrom, volfram, molibden, vanadiy, natriy, litiy va boshqalar. A 2 strukturasi kamroq zich joylashgan.

Bcc panjarasidagi atomlar birlik katakchaning tepalarida va markazida joylashgan (1.6-rasm).

Ushbu hujayradagi har bir atomning 8 ta eng yaqin qo'shnisi bor, bu masofada joylashgan. lekin kubning chetining uzunligi. Shuning uchun panjaraning koordinatsion soni 8 ga teng. Ba'zan u (8 + 6) bilan belgilanadi, chunki Keyingi eng uzoq atomlar a masofada joylashgan, ularning soni 6 ta.

Bcc tuzilishida 2 xil bo'shliq ham mavjud. Kattalari kubning yuzlarida o'rinlarni egallaydi (1.6-rasm, ichida). Ular tetraedrning uchlarida joylashgan 4 ta atom bilan o'ralgan bo'lib, ularning qirralari juft bo'lib teng. Noto'g'ri oktaedrning uchlarida joy egallagan 6 atom bilan o'ralgan kichikroq bo'shliqlar hujayraning qirralari va yuzlarining o'rtasida joylashgan (1.6-rasm, G). Agar bcc panjara strukturasi qattiq sharlardan qurilgan bo'lsa, u holda radiusi 0,292 r bo'lgan sharlarni tetraedral bo'shliqlarga va 0,154 r oktaedral bo'shliqlarga qo'yish mumkin.

Shunday qilib, zichroq o'ralgan fcc panjaraning bo'shliqlariga joylashtirilishi mumkin bo'lgan sharning maksimal o'lchami bcc panjarasiga qaraganda kattaroq bo'lib chiqadi.

Bcc panjarasining oktaedral g'ovaklariga boshqa atomlarning kiritilishi ikki atomning kub chetiga parallel yo'nalishda siljishiga olib keladi, bu esa panjaraning shu yo'nalishda kengayishiga olib keladi. Uglerod atomlari faqat C o'qiga parallel bo'lgan qirralarda va bu o'qga perpendikulyar yuzlar markazlarida joylashgan oktaedral bo'shliqlarga kiritilgan martensit tuzilishida bu a-Fe panjarasining tetragonal buzilishiga olib keladi.

Eng zich joylashgan bcc samolyotlar (110) oilaning 12 ta samolyotidir (1.6-rasm. b). Ushbu tekisliklarda qattiq to'plar tegishi mumkin bo'lgan 2 ta yo'nalish mavjud.

Olti burchakli yaqin qadoqlangan panjara A 3 (hcp) Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr kabi metallarga ega.

Olti burchakli elak alohida qatlamlardan qurilgan bo'lib, har qanday qatlamning har bir atomi bir xil qatlamga tegishli teng masofada joylashgan 6 ta qo'shni bilan o'ralgan va qo'shimcha ravishda yuqorida joylashgan qatlamlarda uchta eng yaqin qo'shniga ega bo'ladi. bu qatlam ostida (1.7-rasm).

Olti burchakli qatlamlardagi atomlar orasidagi masofa bilan belgilanadi lekin, hujayra balandligi s. Qo'shni qatlamlarda joylashgan oltita eng yaqin qo'shni ham masofada bo'ladi va bu atomdan, agar o'qlarning nisbati bo'lsa. s/a bo'lsa, unda bunday struktura ideal yaqin o'ralgan struktura deyiladi. Bundan tashqari, fcc panjarasida bo'lgani kabi, bu holatda ham muvofiqlashtirish raqami 12 ga teng.

Olti burchakli yaqin qadoqlangan panjaraga ega bo'lgan metallarning ko'pchiligi eksa nisbatiga ega s/a= 1,56 - 1,63. Istisnolar Zn va Cd (1,86; 1,89). Buning sababi, Zn va Cd atomlarining elektron bulutlari sferik simmetriyaga ega emas va C o'qi bo'ylab cho'zilgan.Olti burchakli yaqin o'ralgan panjarada, shuningdek fccda 2 xil bo'shliq mavjud: oktaedral va tetraedral (1.7-rasm, b).

Ushbu bo'shliqlarga joylashtirilishi mumkin bo'lgan qattiq sharlarning diametrlari 0,41 r va 0,225 r, shuningdek fcc uchun.

Fcc panjarasining (111) yaqin o'ralgan tekisliklarini qurishni ko'rib chiqish kifoya (1.8-rasm, lekin) bu ikki panjaradagi atomlarning qurilishida to'liq o'xshashlikni topish. Ushbu panjaralar orasidagi farq qatlamlarning almashinuvidir. Agar olti burchakli panjarada ABAB va boshqalar qatlamlarining almashinishi bo'lsa, fcc panjarada: ABCABC (1.8-rasm, b), ya'ni. bu yaqin qadoqlangan qatlamning uchinchi mumkin bo'lgan pozitsiyasidan foydalanadi.

Bu ikki panjara orasidagi energiya nisbatidagi farq unchalik katta emas va shu munosabat bilan oʻzgaruvchan qatlamlar ketma-ketligi plastik deformatsiya jarayonida, shuningdek, uning oʻsishi jarayonida kristall nuqsonlarning paydo boʻlishi natijasida osongina buzilishi mumkin. -stacking nosozliklari deb ataladi.

Shunday qilib, hcp va fcc panjaralarini qurishda ko'rinadigan farq unchalik katta emas (1.8-rasm).

Olmos, kremniy, germaniy, a - qalay (kulrang) shaklidagi uglerod ikki kubikga ega. panjara turi olmos(1.9-rasm). U fcc panjarasidan sakkizta tetraedral bo'shliqning to'rttasida to'rtta qo'shimcha atom mavjudligi bilan farq qiladi. Natijada, struktura yumshoqroq bo'ladi.

Har bir olmos atomi oddiy tetraedrning burchaklarida joylashgan eng yaqin to'rtta qo'shni bilan o'ralgan. Bunday tuzilmaning koordinatsion raqami 4 ga teng.

Yuqorida ko'rsatilganidek, har xil haroratda bir xil metallar turli xil kristalli tuzilishga ega bo'lishi mumkin, bu ularning allotropiyasidan kelib chiqadi.

Allotropik (polimorf) transformatsiya - kristall jismning fazoviy panjarasining o'zgarishi.

Allotropik o'zgarishlarga misol sifatida past haroratli allotropik shakl a - Fe ning tana markazli kub panjarali yuqori haroratli g - Fe shakliga yuz markazlashtirilgan kub panjarali, 910 haroratda aylanishini keltirish mumkin. ° C va 1392 ° C haroratda keyingi transformatsiya g - Fe ga d - Fe ga o'xshash tanaga markazlashtirilgan kubik panjara bilan - Fe. Shunga o'xshash o'zgarishlar titanium, sirkoniy va boshqalarda kuzatilishi mumkin. Titan va sirkoniyda past haroratli allotropik shakl a - Ti, a - Zr bo'lib, olti burchakli yaqin qadoqlangan panjaraga ega. Titan uchun 882 ° C va tsirkoniy uchun 862 ° C dan yuqori haroratlarda b-Ti va b-Zr hosil bo'ladi, ular tanaga qaratilgan panjaraga ega.

Ko'rib turganingizdek, allotropik transformatsiya kristall jismning atom tuzilishi qizdirilganda va sovutilganda o'zgaradi. Kristal panjaraning qayta joylashish jarayonining o'zi izotermik ravishda doimiy haroratda sodir bo'ladi, allotropik o'zgarishlarga uchragan qotishmaning sovutish egri suyuq metallning qotib qolishi paytida kuzatiladigan egri chiziqqa o'xshaydi. O'tish harorati transformatsiyaning kritik nuqtasi deb ataladi. Haroratda (T 0) ikkita allotropik navning fazaviy muvozanati kuzatiladi.

Kristallanish jarayoniga o'xshab, allotropik transformatsiya isitish vaqtida issiqlikning yutilishi va sovutish paytida uning chiqishi bilan sodir bo'ladi. Allotropik transformatsiya (shuningdek, kristallanish jarayoniga o'xshash) yadrolarning shakllanishi va ularning keyingi o'sishi orqali sodir bo'ladi va shuning uchun u har doim qizdirilganda o'ta sovutish (sovutish paytida) va qizib ketish mavjudligi bilan davom etadi.

Allotropik transformatsiya, shuningdek, kristallanish jarayoni tizimning erkin energiyani kamaytirish istagi bilan bog'liq holda sodir bo'ladi.