Виды кристаллических решеток

В зависимости от частиц кристаллической решетки существует четырнадцать типов оной, приведем наиболее популярные из них:

§ Ионная кристаллическая решетка.

§ Атомная кристаллическая решетка.

§ Молекулярная кристаллическая решетка.

§ Металлическая кристаллическая решетка.

Далее более подробно опишем все типы кристаллической решетки.

Ионная кристаллическая решетка

Главной особенностью строения кристаллической решетки ионов являются противоположные электрические заряды, собственно, ионов, вследствие чего образуется электромагнитное поле, определяющее свойства веществ, имеющих ионную кристаллическую решетку. А это тугоплавкость, твердость, плотность и возможность проводить электрический ток. Характерным примером ионной кристаллической решетки может быть поваренная соль.

Атомная кристаллическая решетка

Вещества с атомной кристаллической решеткой, как правило, имеют в своих узлах, состоящих собственно из атомов сильные ковалентные связи. Ковалентная связь происходит, когда два одинаковых атома делятся друг с другом по-братски электронами, образуя, таким образом, общую пару электронов для соседних атомов. Из-за этого ковалентные связи сильно и равномерно связывают атомы в строгом порядке – пожалуй, это самая характерная черта строения атомной кристаллической решетки. Химические элементы с подобными связями могут похвастаться своей твердостью, высокой температурой плавления. Атомную кристаллическую решетку имеют такие химические элементы как алмаз, кремний, германий, бор.

Молекулярная кристаллическая решетка

Молекулярный тип кристаллической решетки характеризуется наличием устойчивых и плотноупакованных молекул. Они располагаются в узлах кристаллической решетки. В этих узлах они удерживаются такими себе вандервальсовыми силами, которые в десять раз слабее сил ионного взаимодействия. Ярким примером молекулярной кристаллической решетки является лед – твердое вещество, имеющее однако свойство переходить в жидкое – связи между молекулами кристаллической решетки совсем слабенькие.

Металлическая кристаллическая решетка

Тип связи металлической кристаллической решетки гибче и пластичнее ионной, хотя внешне они весьма похожи. Отличительной особенностью ее является наличие положительно заряженных катионов (ионов метала) в узлах решетки. Между узлами живут электроны, участвующие в создании электрического поля, эти электроны еще называются электрическим газом. Наличие такой структуры металлической кристаллической решетки объясняет ее свойства: механическую прочность, тепло и электропроводность, плавкость.

 

 

Полиморфизм металлов.

Полиморфизм металлов

Существование разных типов кристаллических решеток у одного и того же вещества при различных температуре и давлении называется полиморфизмом, или аллотропией, а процесс перехода из одной кри­сталлической формы в другую - полиморфным, или аллотропиче­ским, превращением. Ряд элементов - Со, Ti, Mn, Sn, Ca, Li, Fe и др. имеют два и более типа (модификации) кристаллических решеток, обозначаемых малыми буквами греческого алфавита (α, β, γ и т. д.), начиная с той формы, которая существует при наиболее низкой тем­пературе.

Процесс перехода из одной формы в другую определяется термо­динамическим состоянием системы и объясняется тем, что, начиная с определенной температуры (температуры перекристаллизации), но­вая модификация обладает меньшим запасом энергии, чем предыду­щая, и является энергетически более устойчивой. Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, называется температурой полиморфного превращения. Новые поли­морфные формы образуются в результате зарождения центров и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния.

На рис. 1.6 приведены кривые охлаждения и нагрева железа, харак­теризующие его полиморфные превращения. При температурах ниже 911 °С и выше 1392 °С железо имеет объемно-центрированную куби­ческую решетку и обозначается Fe_α. При температурах 911... 1392 °С оно имеет гранецентрированную кубическую решетку и обозначает­ся Fe_γ. Высокотемпературную модификацию Fe_α иногда обозначают Fe_β.

Рис. 1.6. Кривые охлаждения и нагрева железа

При температуре 768 °С (точка Кюри) происходит изменение маг­нитных свойств железа: ниже 768 °С оно магнитно, выше - немаг­нитно (немагнитное α-железо иногда называют β-железом).