Особенностью строения металлов является кристаллическая структура, основу которой составляет кристаллит (зерно). Кристаллит построен из элементарных кристаллических ячеек (решеток). Элементарная кристаллическая решетка имеет в своих узлах атомы (ионы), и весь кристаллит состоит из набора множества элементарных кристаллических ячеек. На рис. 2.2 изображена отдельная кристаллическая ячейка, представляющая собой параллелепипед, построенный на векторах а, Ъ, с, модули которых равны периодам идентичности.
Ячейка характеризуется, кроме ребер а, Ъ, с, еще и углами а, р, у между ребрами. В целом эти шесть величин определяют ячейку количественно и называются ее параметрами.
Одним из свойств, которыми обладает кристаллическая решетка, является симметрия — свойство решетки совпадать с собой при пространственных перемещениях. Самой высокой симметрией обладает кубическая ячейка, у которой все ребра равны: а = Ь = с, а углы, соответственно, а = р = у = 90°.
В узлах кристаллической решетки металлов расположены положительные ионы металла. Между ними движутся электроны, отщепившиеся от атомов при образовании ячейки. Эти электроны играют роль «цемента», удерживая вместе положительные ионы, в противном случае ячейка распалась бы под действием сил отталкивания между ионами. Одновременно и электроны удерживаются
Кристаллические решетки
Рис. 2.2. Отдельная кристаллическая ячейка
положительными ионами в пределах кристаллической ячейки и не могут ее покинуть.
В металлах наиболее распространенными являются следующие типы кристаллических решеток: гексагональная плотноупакован- ная (ГПУ), кубическая гранецентрированная (ГЦК), кубическая объемно-центрированная (ОЦК).
Структура ГПУ называется плотноупакованной, потому что она обладает максимальной плотностью упаковки — каждый атом окружен двенадцатью ближайшими соседями (рис. 2.3): шесть атомов находятся в одной и той же плоскости и по три атома в верхней и нижней плоскостях. Такой решеткой обладают следующие металлы: бериллий, магний, кобальт, цинк, кадмий, рений, осмий.
ГЦК также является плотноупакованной решеткой (рис. 2.4). В ней атомы (ионы) занимают все вершины куба и центр каждой грани. В этой решетке каждый атом также имеет 12 соседних атомов. Решетку гранецентрированного куба имеют алюминий, медь, никель, свиней, платина, золото, серебро, железо (при температуре от 720 до 910 °С).
Решетка ОЦК обладает менее плотной упаковкой атомов (рис. 2.5). Эта элементарная ячейка представляет собой куб с атомами (ионами) в каждой вершине и в центре куба. Здесь каждый
Рис. 2.3. Гексагональная плотноупакованная решетка (ГПУ)
9. Кристаллические решетки.
Рис. 2.4. Кубическая гранецентрированная решетка (ГЦК)
Рис. 2.5. Кубическая объемно-центрированная решетка (ОЦК)
атом окружен восемью соседями. Решеткой объемно-центрирован- ного куба характеризуются следующие металлы: литий, натрий, калий, ванадий, вольфрам, ниобий, железо (при температуре ниже 720 и выше 910 °С).
Три вышеприведенных типа элементарных кристаллических решеток имеют большинство металлов, но не все. Так марганец имеет простую кубическую решетку, а висмут, сурьма — ромбоэдрическую и т.д.
Основными параметрами кристаллических решеток являются кратчайшие межатомное расстояние d, атомный радиус га и атомный объем Va.
В табл. 2.1 приведены типы структур и основные параметры кристаллических решеток наиболее распространенных металлов.
2.1. Структуры и параметры кристаллической решетки металлов
Тип кристаллической решетки
d, А
Источник: ozlib.com
Как рождается золото?
Принято считать, что все химические элементы изначальны присутствовали в протопланетном облаке. Из него образовались: металлическое ядро в центре планеты и различные минералы вокруг него. И хотя, это только модель, гипотеза – она главенствуют как основополагающая.
Я размещал статью с версией о полой структуре планет и звезд. Это тоже гипотеза, хотя и переворачивающая многие наши представления о мире.
Но вернемся к традиционной модели. Многие металлы из недр через плюмы (конвекционные потоки в мантии) и вулканизм оказываются в поверхностных залежах руды или месторождениях.
А слово то какое: месторождение! Или: самородное золото. Т.е. почему-то в русском языке процесс образования некоторых металлов происходит через их рождение в земле, а не перенос и выпадение откуда-то.
Может быть, это так и есть, тем более, когда смотришь на примеры ниже:
Золото в кварцевой жиле. Видно, что кристаллы кварца в этом конгломерате росли. Но как в бутерброде между ними находится золото. И тоже в своеобразной форме, не похожей на застывший расплав.
Источник: dzen.ru
Строение металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов.
В огромном ряду материалов, с незапамятных времен известных человеку и широко используемых им в своей жизни и деятельности, металлы всегда занимали особое место. Подтверждение этому: и в названиях эпох (золотой, серебряный, бронзовый, железный века), на которые греки делили историю человечества: и в археологических находках металлических изделий (кованые медные украшения, сельскохозяйственные орудия); и в повсеместном использовании металлов и сплавов в современной технике. Причина этого — в особых свойствах металлов, выгодно отличающих их от других материалов и делающих во многих случаях незаменимыми.
Металлы – один из классов конструкционных материалов, характеризующийся определенным набором свойств:
- «металлический блеск» (хорошая отражательная способность);
- пластичность;
- высокая теплопроводность;
- высокая электропроводность.
Строение металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов.
Данные свойства обусловлены особенностями строения металлов. Согласно теории металлического состояния, металл представляет собой вещество, состоящее из положительных ядер, вокруг которых по орбиталям вращаются электроны. На последнем уровне число электронов невелико и они слабо связаны с ядром. Эти электроны имеют возможность перемещаться по всему объему металла, т.е. принадлежать целой совокупности атомов.
Таким образом, пластичность, теплопроводность и электропроводность обеспечиваются наличием «электронного газа».
Кристаллическая решетка металлов
Все металлы, затвердевающие в нормальных условиях, представляют собой кристаллические вещества, то есть укладка атомов в них характеризуется определенным порядком – периодичностью, как по различным направлениям, так и по различным плоскостям. Этот порядок определяется понятием кристаллическая решетка. Другими словами, кристаллическая решетка это воображаемая пространственная решетка, в узлах которой располагаются частицы, образующие твердое тело.
Элементарная ячейка – элемент объема из минимального числа атомов, многократным переносом которого в пространстве можно построить весь кристалл. Элементарная ячейка характеризует особенности строения кристалла. Основными параметрами кристалла являются:
- размеры ребер элементарной ячейки. a, b, c – периоды решетки – расстояния между центрами ближайших атомов (в одном направлении выдерживаются строго определенными);
- углы между осями (α, β, χ);
- координационное число (К) указывает на число атомов, расположенных на ближайшем одинаковом расстоянии от любого атома в решетке;
- базис решетки количество атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку решетки;
- плотность упаковки атомов в кристаллической решетке – объем, занятый атомами, которые условно рассматриваются как жесткие шары. Ее определяют как отношение объема, занятого атомами к объему ячейки (для объемно-центрированной кубической решетки – 0,68, для гранецентрированной кубической решетки – 0,74).
Схема кристаллической решетки
Классификация возможных видов кристаллических решеток была проведена французским ученым О. Браве, соответственно они получили название «решетки Браве». Всего для кристаллических тел существует четырнадцать видов решеток, разбитых на четыре типа:
- примитивный – узлы решетки совпадают с вершинами элементарных ячеек;
- базоцентрированный – атомы занимают вершины ячеек и два места в противоположных гранях;
- объемно-центрированный – атомы занимают вершины ячеек и ее центр;
- гранецентрированный – атомы занимают вершины ячейки и центры всех шести граней.
Типы кристаллических решеток
Рис. 2: а – объемно-центрированная кубическая; б– гранецентрированная кубическая; в – гексагональная плотноупакованная
Основными типами кристаллических решеток являются:
- Объемно — центрированная кубическая (ОЦК) (рисунок 2, позиция а), атомы располагаются в вершинах куба и в его центре (V, W, Ti, Feα)
- Гранецентрированная кубическая (ГЦК) (рисунок 2, позиция б), атомы рассполагаются в вершинах куба и по центру куждой из 6 граней (Ag, Au, Feγ)
- Гексагональная, в основании которой лежит шестиугольник:
-
— простая – атомы располагаются в вершинах ячейки и по центру 2 оснований (углерод в виде графита);
-
— плотноупакованная (ГПУ) – имеется 3 дополнительных атома в средней плоскости (цинк).
Источник: mtomd.info