Головна

АТОМНО-КРИСТАЛІЧНА СТРУКТУРА МЕТАЛІВ

  1.  B) соціально-стратификационная структура
  2.  I. структура сталей.
  3.  I. До-предметна структура імені
  4.  I. ДО-ПРЕДМЕТНА СТРУКТУРА ІМЕНІ 1 сторінка
  5.  I. ДО-ПРЕДМЕТНА СТРУКТУРА ІМЕНІ 2 сторінка
  6.  I. ДО-ПРЕДМЕТНА СТРУКТУРА ІМЕНІ 3 сторінка
  7.  I. ДО-ПРЕДМЕТНА СТРУКТУРА ІМЕНІ 4 сторінка

1.1. Класифікація металів

Під металами розуміють певну групу елементів, розташовану в лівій частині Періодичної таблиці Д. і. менделеева. У техніці під металом розуміють речовини, що володіють "металевим блиском", в тій чи іншій мірі властивим будь-який метал, і пластичністю. За цією ознакою метали можна легко відрізнити від неметалів, наприклад дерева, каменю, скла або фарфору.

Особливість будови металевих речовин полягає в тому, що вони все побудовані в основному з таких атомів, які мають зовнішні електрони слабо пов'язані з ядром. Це обумовлює і особливий характер хімічної взаємодії атомів металу, і металеві властивості. Електрони мають негативний заряд, і досить створити незначну різницю потенціалів, щоб почалося переміщення електронів у напрямку до позитивно зарядженого полюса, що створюють електричний струм. Ось чому метали є хорошими провідниками електричного струму, а неметали або не є. Слабкий зв'язок зовнішніх електронів з ядром обумовлює хімічні і фізичні властивості металів.

В силу зазначених вище особливостей метали і їх сплави мають таке атомно-кристалічну будову. У певних місцях кристалічної решітки розташовуються позитивно заряджені іони, а зовнішні вільні електрони створюють всередині металу, як би легкотекучая рідина, або електронний газ, який безладно рухається у всіх напрямках. При певних умовах, наприклад при створенні різниці потенціалів, рух електронів отримує певний напрям і виникає електричний струм.

Теорія металевого стану розглядає метал як речовина, що складається з позитивно заряджених іонів, оточених негативно зарядженими частинками - електронами, слабо пов'язаними з ядром. Ці електрони безперервно переміщаються всередині металу і належать не одному якомусь атому, а всієї сукупності атомів.

Таким чином, характерною особливістю атомно-кристалічної будови металів є наявність електронного газу всередині металу, слабо пов'язаного з позитивно зарядженими іонами. Легке переміщення цих електронів усередині металу і мала їх зв'язок з атомами обумовлюють наявність у металів певних металевих властивостей (висока електро- і теплопровідність, металевий блиск, пластичність та ін.)

Всі метали можна розділити на дві великі групи - чорні і кольорові метали.

Чорні метали темно-сірого кольору, з великою щільністю (крім лужноземельних), високою температурою плавлення, і в багатьох випадках мають поліморфізмом. Найбільш типовим металом цієї групи є залізо.

Кольорові метали найчастіше мають характерну забарвлення: червону, жовту, білу. Мають великий пластичністю, малою твердістю, відносно низькою температурою плавлення, для них характерна відсутність поліморфізму. Найбільш типовим металом цієї групи є мідь.

Всі метали - можна поділити наступним чином:

1. Залізні метали - залізо, кобальт, нікель і близький до них за своїми властивостями марганець. Кобальт, нікель і марганець часто застосовують як добавки до сплавів заліза, а також в якості основи для відповідних сплавів, схожих за своїми властивостями на високолеговані стали.

2. Тугоплавкі метали (вольфрам), температура плавлення яких вище, ніж заліза (т. Е. 1539 оС), застосовують як добавки до легованих сталей, а також в якості основи для відповідних сплавів.

3. Рідкоземельні метали (РМЗ) - лантан, церій, неодим, празеодим і ін., Що об'єднуються під назвою лантаноїдів, і подібні з ними по властивостях ітрій і скандій.

4. Лужноземельні метали (літій, калій, натрій і ін) у вільному металевому стані не застосовуються, за винятком спеціальних випадків.

Кольорові метали підрозділяються:

1. Легкі метали - берилій, магній, алюміній, що володіють малою щільністю.

2. Благородні метали - срібло, золото, метали платинової групи.

3. Легкоплавкие метали - цинк, кадмій, ртуть, олово, свинець, вісмут, талій, сурма і елементи з ослабленими металевими властивостями - галій, германій.

1.2. кристалічна будова металів

Будь-яке речовина може перебувати в трьох агрегатних станах -твердих, рідкому і газоподібному.

Тверде речовина під впливом сил тяжкості зберігає форму, а рідке розтікається і приймає форму посудини. Однак це визначення недостатньо для характеристики стану речовини. Перехід з твердого в рідкий і з рідкого в твердий стан (так само як з газоподібного в рідкий) відбувається при певній температурі і супроводжується різкою зміною властивостей.

У чому ж відмінність між газоподібним, рідким і твердим станами ми?

У газах немає закономірності розташування частинок (атомів, молекул); частки хаотично рухаються, відштовхуються одна від одної і газ прагне зайняти якомога більший обсяг.

У твердих тілах порядок розташування атомів певний, закономірний, сили взаємного тяжіння і відштовхування врівноважені, і тверде тіло зберігає свою форму.

У рідини частинки (атоми, молекули) зберігають лише так званий ближній порядок, т. Е. В просторі закономірно розташована найбільша кількість атомів, а не атоми всього об'єму, як у твердому тілі. Близький порядок нестійкий: він то виникає, то зникає під дією теплових коливань. Таким чином, ліквідність є хіба що проміжним між твердим і газоподібним; при відповідних умовах можливий безпосередній перехід з твердого стану в газоподібний без розплавлення - сублімації.

Правильне, закономірне розташування частинок (атомів, молекул) в просторі характеризує кристалічний стан. Кристалічну будову можна уявити собі у вигляді просторової решітки, у вузлах якої розташовані атоми.

1.3. кристалічні решітки металів

Кристалічний стан перш за все характеризується певним, закономірним розташуванням атомів в просторі.

Це обумовлює те, що в кристалі кожен атом має одне і те ж кількість найближчих атомів - сусідів, розташованих на однаковому від нього відстані. Прагнення атомів (іонів) металу розташуватися ближче один до одного, щільніше, призводить до того, що число зустрічаються комбінацій взаємного розташування атомів металу в кристалах невелика.

Розташування атомів в кристалі вельми зручно зображати у вигляді просторових схем, у вигляді так званих кристалічних осередків. Під елементарних кристалічних осередком мається на увазі найменший комплекс атомів, який при багаторазовому повторенні в просторі дозволяє відтворити просторову кристалічну решітку.

Найпростішим типом кристалічної комірки є кубічна решітка. У простій кубічної решітці атоми розташовані (упаковані) недостатньо щільно (рис.1.1, а).

Прагнення атомів металу зайняти місця, найбільш близькі один до одного, призводять до утворення решіток інших типів: кубічної об'емноцентрірованной, кубічної гранецентрированной і гексагональної плотноупакованной (рис.1.1).

У кубічної об'емноцентрірованной решітці (ОЦК) атоми розташовані в кутах куба і один атом у центрі обсягу куба. У гранецентричній кубічній решітці (ГЦК) атоми розташовані в кутах куба і в центрі кожної грані, в гексагональної решітці атоми розташовані в кутах і центрі шестигранних підстав призми і три атома в середній площині призми.

Кубічну ОЦК решітку мають метали: Na, Li, W, V, Cr і ін. Кубічну ГЦК грати мають Pb, Ni, Ag, Au, Cu і ін.

Розміри кристалічної решітки характеризуються параметрами, або

періодами решітки. Кубічну решітку визначає один параметр - довжина ребра куба. Параметри мають величини порядку атомних розмірів і вимірюються в ангстремах. Наприклад, параметр решітки хрому, що має структуру об'емноцентрірованной куба, дорівнює 2,878 А, а параметр решітки алюмінію, що має структуру гранецентрированного куба, 4,041 А.

Розміри гексагональної плотноупакованной решітки характеризуються постійним значенням с / а = 1,633. При інших значеннях с / а виходить не щільноупакована гексагональная решітка.

Деякі метали мають тетрагональную грати; вона характеризується тим, що розмір ребра «з" не дорівнює розміру ребра «а». Ставлення цих параметрів характеризує так звану ступінь тетрагонального. Число атомів, що знаходяться на найбільш близькій відстані від даного атома, називається координаційним числом. Наприклад, атом в простій кубічної решітці має шість найближчих рівновіддалених сусідів, т. Е. Координаційне число цієї решітки дорівнює 6 (рис. 1.2).

Центральний атом в об'емноцентрірованной решітці має вісім найближчих рівновіддалених сусідів, т. Е. Координаційне число цієї решітки дорівнює 8. Координаційне число для гранецентрированной решітки одно 12. У разі гексагональної плотноупакованной решітки координаційне число дорівнює 12.

1.4. реальне будова металевих кристалів

Кристали металів зазвичай мають невеликі розміри. Тому металевий виріб складається з дуже великого числа кристалів. Подібним чином називається полікристалічним. Кристали неправильної форми в поликристаллическом агрегаті називаються зернами, або кристалами.

Різниця окремих зерен полягає в різної просторової орієнтації і найменшій відстані від даного атома для різних решіток.

1.5. орієнтації кристалічної решітки.

У загальному випадку орієнтація кристалічної решітки в зерні випадкова, з різним ступенем ймовірності може зустрінеться будь орієнтація її в просторі.

При дуже повільному відведення тепла при кристалізації, а також за допомогою інших спеціальних способів може бути отриманий шматок металу, який представляє собою один кристал, званий монокристал. Характер і ступінь порушення правильності або досконалості кристалічної будови визначають значною мірою властивості металів. Тому необхідно розглянути зустрічаються недосконалості кристалічної будови або що-те ж саме будова реальних кристалів.

Одним з видів недосконалостей кристалічної будови є наявність незайнятих місць в вузлах кристалічної решітки, або інакше - вакансії, або атомних дірок (рис.1.3). Такий "точковий" дефект решітки грає важливу роль при протіканні дифузійних процесів в металах.

Число вакансій при кімнатній температурі дуже мало в порівнянні із загальним числом атомів (приблизно 1 вакансія на 1018 атомів), несильно збільшується з підвищенням температури, особливо поблизу температури плавлення (1 вакансія на 104 атомів).

Іншим найважливішим видом недосконалості кристалічної будови є так звані дислокації (рис.1.4). Уявімо собі, що в Кристалічної решітці з яких-небудь причин з'явилася зайва напівплощина атомів, так звана екстраплоскості. Край такій площині утворює лінійний дефект (недосконалість) решітки, який називається крайової дислокацією. Крайова дислокація може сягати в довжину на багато тисяч параметрів решітки, може бути прямий, але може і вигинатися в ту чи іншу сторону. У межі вона може закрутитися в спіраль, утворюючи гвинтову дислокацію. Навколо дислокації виникає зона пружного спотворення решітки. Відстань від центру, дефекту до місця решітки без спотворення приймають рівним ширині дислокації, вона невелика і дорівнює кільком атомним відстаням.

Таким чином, правильність кристалічної будови порушується двома видами дефектів - точковими (вакансії) та лінійними (дислокаціями). Вакансії безперервно переміщаються в решітці, коли сусідить в ній атом переходить в "дірку", залишаючи порожнім своє старе місце. Підвищення температури, теплової рухливості атомів збільшує число таких актів і збільшує число вакансій.

Лінійні дефекти не рухаються мимовільно і хаотично, як вакансії. Однак досить невеликого напруги, щоб дислокація почала рухатися, утворюючи площину, а в розрізі - лінію ковзання С.

Властивості окремо взятого кристала (монокристалла) по даному напрямку відрізняються від властивостей в іншому напрямку і, природно, залежать від того, скільки атомів зустрічається в цьому напрям. Відмінність властивостей в залежності від напрямку випробування носить назву анізотропії. Всі кристали анізотропії. Анізотропія - особливість будь-якого кристала, характерна для кристалічної будови.

 




 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 1 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 2 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 3 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 4 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 5 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 6 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 7 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 8 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 9 сторінка |  МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РФ 10 сторінка |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати