Кристалічна будова металів

Метали

Металами наз речовини, які мають кристалічну будову, специфічний металевий блиск, пластичність, високу електро- і теплопровідність.

Найпоширеніші в природі метали – це алюміній (8,8%)залізо (4,6%). Метали поділяються на 2 групи чорні та кольорові. До чорних нал залізо і сплави на його основі (сталь, чавун). Займають важливе місце в промисловості завдяки невисокій вартості, добрим технологічним і механічним властивостям. Недоліками є висока густина та низька корозійна тривкість. Кольоровими вважаються всі ін метали крім чорних. Серед них найбільше значення мають алюміній, мідь, магній, титан, нікель, свинець, цинк, олово, молібден, вольфрам, кобальт, цирконій.

Класифікація металів

В основі прийнятої в техн. літературі класифікації металів є деякі їх спільні фізико-хім властивості, зокрема температура плавлення, густина, електропровідність, корозійна тривкість, радіоактивність тощо. За температурою плавлення метали поділяють на легкоплавкі, тугоплавкі. До легкоплавких нал цезій, калій, натрій, літій, олово, свинець, цинк. Тугоплавкі хром, ванадій, цирконій, молібден. Широко застосовуються в металургії сталі як легувальні елементи, а також для виготовлення на їх основі спеціальних сплавів з високою температурою плавлення. Густина у металу виступає на перший план у випадку виготовлення сплавів для авіації, космічної техніки і наземних транспортних засобів. Залежно від густини розрізняють легкі, важкі метали. Шляхетні метали: золото, срібло, платина, осмій, іридій, паладій, рутеній, корозійнотривкі, пластичні, мають гарний зовнішній вигляд. Радіоактивні (уран, торій, плутоній, полоній, францій, радій) викор для ядерних технологій та в контрольно-вимірювальних приладах.

Кристалічна будова металів

Крист будова характеризується закономірним, геометрично правильним розташуванням атомів(іонів) у просторі. Виділимо в просторо­вій ґратці кристалу такий об’єм, що дає уявлення про будову всього кристалу і назвемо цей об’єм елементарною кристаліч­ною коміркою.

Отже, елементарною кристалічною коміркою називається такий найменший об’єм, який дає нам уявлення про взаємне розташування атомів у всьому кристалі. Переважна більшість металів має одну з перелічених нижче елементарних кристаліч­них комірок: кубічну об’ємноцентровану, кубічну гранецентро- вану, гексагональну щільно укладену. В елементарній кристалічній комірці об^*ємноцентрований куб (ОЦК) вісім атомів розташовано на перетині ребер куба і один — на перетині його діагоналей. Елементарну кристалічну комірку характеризують: па­раметр, кількість атомів, що припадає на одну елементарну ко­мірку, коефіцієнт компактності та координаційне число. Параметр кристалічної комірки — величина, яка визначає її лінійні розміри. Очевидно, що для кубічної комірки параметром є довжина ребра куба а, яка вимірюється в нанометрах (нм). Кількість атомів, що припадає на одну елементарну комір­ку, для випадку об’ємноцентрованого куба можна визначити так. Кожен атом, що розташований на перетині ребер куба, на­лежить одночасно 8 елементарним коміркам. Таких атомів у комірці вісім. Атом, що є в центрі комірки, належить тільки їй. Тому кількість атомів, яка припадає на одну елементарну комірку ОЦК, становить (1/8)-8 +1=2. Коефіцієнт компактності комірки визначають як відношен­ня об’єму, зайнятого атомами в межах куба, до об’єму куба. При розрахунках атоми розглядають як жорсткі кулі, що доти­каються між собою. У випадку об’ємноцентрованого куба це значення дорівнює 0,68. Координаційне число — це кількість атомів, розташованих на найближчих і однакових відстанях від будь-якого атома в ґратці. Що менше координаційне число, то мен­ший коефіцієнт компактності комірки. Елементарна кристалічна комірка гранецентрований куб (ГЦК) має вісім атомів на перетині ребер і шість атомів — на перетині діагоналей граней куба. Така будова влас­тива для свинцю, нікелю, срібла, золота, платини, у-заліза та інших металів. Коефіцієнт компактності комірки для ГЦК становить 0,74, координаційне число — К12 (атоми 1...12) є на найменшій і однаковій відстані від атома А, який є в центрі грані. У гексагональній щільноукладеній комірці (ГЩУ) атоми розташовані в кутах і в центрі основ шестигран­ної призми, а три атоми — між її основами. Таку комірку ма­ють магній, а-титан, кадмій, реній, осмій, рутеній, цинк, бери­лій та інші метали. Параметрами гексагональної щільноу кладеної комірки є її висота с і довжина а грані при с/а = 1,633. Коефіцієнт компактності комірки становить 0,74, коор­динаційне число — 12 (Г12).