Кристаллическое строение металлов

Металлы — это особая группа элементов в периодической таблице Менделеева. В отличие от неметаллов элементы этой группы являются исключительно восстановителями с положительной степенью окисления, а также обладают пластичностью, твердостью, эластичностью, что обусловлено кристаллической структурой металлов.

Общее строение

Металлы – твердые вещества, имеющие кристаллическую структуру. Исключение составляет ртуть, жидкий металл. Кристаллические решетки представляют собой атомы металлов, расположенные определенным образом. Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и нескольких отрицательно заряженных электронов. Атомам металлов не хватает электронов, поэтому они ионы.

Единицей кристаллической решетки является элементарная кристаллическая ячейка, в условных узлах и на гранях которой находятся положительно заряженные ионы. Их удерживают вместе металлические связи, возникающие из-за хаотического движения электронов, отделившихся от атомов (так атомы стали ионами). Отрицательно заряженные электроны удерживают положительно заряженные электроны на одинаковом расстоянии друг от друга, придавая кристаллической решетке правильную геометрическую форму.

Рис. 1. Схема металлической связки.

Свободное движение электронов определяет электрическую и теплопроводность металлов.

Виды решёток

Элементарные кристаллические ячейки могут иметь различную конфигурацию. В этом смысле различают три типа кристаллических решеток:

• объемно-центрированная кубическая (ОЦК): состоит из 9 ионов;
• гранецентрированная кубическая (ГЦК): включает 14 ионов;
• гексагональная плотная упаковка (ГПУ): состоит из 17 ионов.

BCC представляет собой куб, в узлах которого находится атом. В центре куба, на пересечении диагоналей, находится девятый ион. Этот тип характерен для железа, молибдена, хрома, вольфрама, ванадия.

Элементарная кристаллическая ячейка типа ГЦК представляет собой куб с ионами в узлах и в середине каждой грани, на пересечении диагоналей. Медь, серебро, алюминий, свинец и никель имеют такую ​​структуру.

Третий тип имеет форму шестиугольной призмы, в узлах которой по шесть ионов с каждой стороны. Посередине между шестью узлами находится ион. В середине призмы между шестиугольными гранями находится равносторонний треугольник, состоящий из трех ионов.

Рис. 2. Типы решеток.

Металл может содержать большое количество дефектов атомной структуры. Дефекты влияют на свойства металла.

Характеристика решётки

Кристаллические решетки характеризуются своей компактностью или степенью заполненности. Компактность определяется показателями:

• параметр решетки — расстояние между атомами;
• количество атомов;
• координационное число — количество соседних ячеек;
• плотность упаковки: отношение объема, занимаемого атомами, к общему объему решетки.

При подсчете числа атомов необходимо помнить, что атомы в узлах и на гранях являются частями соседних ячеек.

Рис. 3. Кристаллические клетки образуют сеть.