Электронная библиотека

  • Для связи с нами пишите на admin@kursak.net
    • Обратная связь
  • меню
    • Автореферат (88)
    • Архитектура (159)
    • Астрономия (99)
    • Биология (768)
    • Ветеринарная медицина (59)
    • География (346)
    • Геодезия, геология (240)
    • Законодательство и право (712)
    • Искусство, Культура,Религия (668)
    • История (1 078)
    • Компьютеры, Программирование (413)
    • Литература (408)
    • Математика (177)
    • Медицина (921)
    • Охрана природы, Экология (272)
    • Педагогика (497)
    • Пищевые продукты (82)
    • Политология, Политистория (258)
    • Промышленность и Производство (373)
    • Психология, Общение, Человек (677)
    • Радиоэлектроника (71)
    • Разное (1 245)
    • Сельское хозяйство (428)
    • Социология (321)
    • Таможня, Налоги (174)
    • Физика (182)
    • Философия (411)
    • Химия (413)
    • Экономика и Финансы (839)
    • Экскурсии и туризм (29)

Строение и свойства металлов.

Металлы – это твердые при комнатной температуре вещества (за исключением ртути), с металлическим блеском, высокой тепло- и электропроводностью.

Твердые вещества по взаимному расположению атомов делятся на аморфные и кристаллические (Рис.1.).

Аморфными называют твердые вещества, атомы которых располагаются в пространстве хаотично. К таким веществам относят стекло, смолу, канифоль и др.

Кристаллическими называют твердые вещества, в которых атомы расположены в пространстве в строго определенном порядке.

clip_image002

Рис. 1. Строение кристаллического (1) и аморфного (2) вещества.

Типы связей в металлах и неметаллах.

Внутренняя связность вещества – это результат сил взаимодействия между составляющими его частицами, которые могут взаимно притягиваться или отталкиваться.

Возникновение и величина сил взаимодействия между частицами, образующими вещество, зависят от типа их связей.

Различают четыре основных типа связи: 1) ионная, 2) ковалентная, 3) металлическая, 4) межмолекулярная.

Ионная связь возникает между такими атомами, у одного из которых на внешней оболочке содержится мало электронов, а у другого она почти заполнена.

Ковалентная связь возникает, когда соседние атомы, стремясь заполнить свои внешние оболочки, объединяют требуемые для этого электроны.

Если на внешней оболочке меньше четырех электронов – что типично для металлов,- то все внешние электроны атомов внутри структурной единицы вещества образуют так называемый электронный газ, при этом каждый электрон свободно движется между атомными остовами и не принадлежит ни отдельному атому, ни какой либо малой группе их. Такая связь, называемая металлической, обусловлена взаимодействием между отрицательно заряженным электронным газом и положительно заряженными ионами – остовами атомов. Наличие металлической связи объясняет характерные свойства металлов. Благодаря свободным электронам при пластической деформации связь между ионами не нарушается и разрушения не происходит, что объясняет высокую пластичность металлов. Наличие свободных электронов обуславливает высокую электро- и теплопроводность металлов. С понижением температуры ослабляются тепловые колебания ионов, что повышает электропроводность и в ряде случаев приводит к явлению сверхпроводимости при температурах, близких к абсолютному нулю. Характерный металлический блеск объясняется взаимодействием световых волн со свободными электронами.

Межмолекулярная связь обусловлена силами, которые называют силами Ван-дер-Ваальса. Их природа пока недостаточно ясна.

Основные типы кристаллических решеток.

Атомы различных металлов различны, поэтому каждый металл имеет свои определенные свойства. Эти свойства зависят от расположения атомов между собой, характера их связей, от величины расстояния между ними. Металлы различаются не только порядком расположения атомов, но и кристаллической решеткой (Рис. 2.). Кристаллическая решетка представляет собой воображаемую пространственную сетку, состоящую из элементарных ячеек, в узлах которой находятся атомы. Различают следующие кристаллические решетки металлов с плотной упаковкой атомов: кубическую объемно-центрированную, кубическую гранецентрированную и гексагональную (Рис. 3.).

Атомы в кристаллической решетке находятся на определенных расстояниях друг от друга. Расстояние между центрами атомов, находящихся в двух в двух соседних узлах решетки называются параметрами или периодами решетки. Параметры решетки очень малы и измеряются в нанометрах

clip_image004

clip_image006

clip_image008

(1 нм = 10-9м).

Рис. 2. Типы кристаллических решеток металлов в виде шаровых упаковок: 1 – медь, 2 – магний, 3 – железо.

clip_image010

Рис. 3.

а) схематическое изображение простейшей кристаллической решетки кристалла и ее элементарной ячейки.

б) кубическая объемно-центрированная элементарная ячейка

( clip_image012-железо, хром, вольфрам, молибден, натрий и др.)

9 атомов.

в) кубическая гранецентрированная элементарная ячейка (медь, свинец, золото, алюминий и др.) 14 атомов.

г) гексагональная элементарная ячейка (цинк, кадмий) 17 атомов.

Дефекты кристаллической решетки

Реальный металлический кристалл всегда имеет большое количество дефектов кристаллического строения, которые нарушают периодичность расположения атомов в кристаллической решетке. Дефекты оказывают значительное влияние на свойства металла. По геометрическим признакам они подразделяются на точечные, линейные, поверхностные.

Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К точечным дефектам относятся вакансии, представляющие собой узлы кристаллической решетки в которых отсутствуют атомы, а также замещенные атомы примеси и внедренные атомы (Рис.4.).

clip_image014

а) б) в)

Рис.4. Схемы точечных дефектов в кристаллах

а) вакансия

б) замещенный атом

в) внедренный атом

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Эти дефекты называют дислокациями.

Краевая дислокация (Рис.5.) представляет собой искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости (экстраплоскости).

clip_image016

Рис.5.Схема краевой дислокации

Винтовая дислокация (Рис.6.) является разновидностью линейных дефектов кристаллической решетки. Она формируется и перемещается при сдвиге одной части кристалла относительно другой по какой-нибудь плоскости под действием внешних сдвиговых (касательных) сил Р (перемещение дислокации АВ…А/В/).

clip_image018

Рис.6. Схема винтовой дислокации

Свойства тел кристаллического строения.

1. Благодаря правильному расположению атомов, кристаллические тела могут приобретать правильную форму, соответствующую той или иной геометрической фигуре.

Правильная внешняя форма, получаемая при определенном взаимном расположении атомов, называется полным кристаллом, или монокристаллом. Обычно кристаллы имеют неправильную внешнюю форму, и тогда их называют кристаллитами, или зернами.

2. Упорядоченное расположение атомов в кристаллической решетки позволяет четко выделить отдельные кристаллографические направления и плоскости.

Кристаллографическими направлениями являются прямые или лучи, выходящие из какой либо точки отсчета, вдоль которых на определенном расстоянии друг от друга располагаются атомы. Точками отсчета могут служить вершины куба, при этом кристаллографическими направлениями, являются его ребра и диагонали граней.

Кристаллографическими плоскостями являются плоскости, на которых лежат атомы, например, грани куба или его диагональные плоскости (Рис.7.).

clip_image020

Рис.7. Основные кристаллографические плоскости: а – плоскость додэкаэдра, б – плоскость октаэдра, в – плоскость куба.

Если рассмотреть расположение атомов в различных плоскостях кристаллической решетки, то обнаружится, что насыщенность атомов в различных плоскостях кристаллической решетки неодинакова; неодинаковы также междуатомные расстояния. Этим объясняется различие свойств металлов в разных плоскостях кристаллической решетки, называемое анизотропией (анизотропностью) кристаллов. Аморфные тела имеют беспорядочную насыщенность атомов в различных плоскостях решетки. Поэтому их свойства одинаковы во всех направлениях плоскостей кристалла – они изотропны.

Кристаллы в металле могут ориентироваться правильно, либо неправильно. При правильной ориентировки одинаковые кристаллографические плоскости совпадают, при неправильной – не совпадают. Чаще всего ориентировка кристаллов бывает неправильная. Поэтому свойства металлов получаются в среднем одинаковые во всех направлениях плоскостей тела. Такие тела называются квазизотропными.

3. Некоторые металлы, например железо, титан, олово и другие, способны по достижению определенных температур изменять свое кристаллическое строение, перестраивая тип элементарной ячейки (Рис.8.). Данное явление получило название аллотропии или полиморфизма, а сами переходы от одного кристаллического строения к другому называются аллотропическими или полиморфными. Сущность аллотропии состоит в том, что при определенных температурах в твердом металле возникают новые центры кристаллизации, в процессе роста которых образуется новая решетка. Формирование новой решетки происходит с поглощением тепла при нагревании и с выделением тепла при охлаждении. Поэтому в период перестройки решетки температура остается неизменной. Различные формы кристаллической решетки для данного металла называются модификациями. Эти модификации обозначают буквами α, β, γ, δ.

clip_image022

Рис.8. Кривая охлаждения чистого железа и его аллотропические изменения.

Тема необъятна, читайте еще:

  1. « Химия металлов».Строение атомов металлов , его свойства.
  2. Строение, физико-химические и коррозионные свойства металлов и металлических материалов
  3. Реферат По дисциплине: Биология На тему: Аллотропия металлов.
  4. Аллотропия металлов.Аморфные и кристаллические тела.

Автор: Настя Б. Настя Б., 29.03.2017
Рубрики: Физика
Предыдущие записи: Кристаллизация металлов
Следующие записи: Виды правовой охраны программ для ЭВМ и баз данных

Последние статьи

  • ТОП -5 Лучших машинок для стрижки животных
  • Лучшие модели телескопов стоимостью до 100 долларов
  • ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКЛОНЕНИЙ РЕЧЕВОГО РАЗВИТИЯ У ДЕТЕЙ РАННЕГО ВОЗРАСТА
  • КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СИБИРИ: ГЕОПОЛИТИЧЕСКИЕИ ГЕОЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ
  • «РЕАЛИЗМ В ВЫСШЕМ СМЫСЛЕ» КАК ТВОРЧЕСКИЙ МЕТОД Ф.М. ДОСТОЕВСКОГО
  • Как написать автореферат
  • Реферат по теории организации
  • Анализ проблем сельского хозяйства и животноводства
  • 3.5 Развитие биогазовых технологий в России
  • Биологическая природа образования биогаза
Все права защищены © 2017 Kursak.NET. Электронная библиотека : Если вы автор и считаете, что размещённая книга, нарушает ваши права, напишите нам: admin@kursak.net