Qadoqlash zichligi- atomlar egallagan kristall panjara hajmining ulushi.

Elementar katakdagi ikkita sharning markazlari orasidagi eng qisqa masofa ikkita shar radiusiga teng - 2r. To'pning hajmi V = 4/3r 3, elementar katakka kiritilgan to'plarning hajmi V n = 4/3nr 3, bu erda n - elementar katakning ko'pligi. Agar birlik hujayra hajmi V 0 bo'lsa, u holda qadoqlash zichligi P = (V n / V 0) 100%.

Agar panjara davri a bo'lsa, V 0 = a 3 bo'lsa, masalaning yechimi atom radiusini panjara davri bo'yicha ifodalashga qisqartiriladi, ma'lum bir struktura uchun eng qisqa atomlararo masofa aniqlanishi kerak, masalan, olmos 2r = a / 4 (ikki atom radiusiga teng eng qisqa masofa , kubning fazoviy diagonalining to'rtdan bir qismi).

Jadvalda. 2.3 turli tuzilmalar uchun qadoqlash zichligini hisoblash natijalarini ko'rsatadi.

2.3-jadval

Turli tuzilmalar uchun qadoqlash zichligi

Turipanjaralar

K. h.

Atom radiusir

Hujayralarning ko'pligin

kubik primitiv

Koordinatsion raqam ortishi bilan qadoqlash zichligi oshadi.

Birlik hujayra ko'pligining ortishiga to'g'ri keladigan fcc panjarasidagi oraliqlarni to'ldirish kamroq zichroq o'rashga olib keladi.

2.8. Struktura turi, koordinatsiya soni va elektr xususiyatlari o'rtasidagi bog'liqlik

c.h bilan eng zich va eng zich qadoqlash (P = 68 - 74%). 8/8 va 12/12 metallar uchun xosdir (bcc, fcc, hcp tuzilmalari).

C.ch bilan eng kam zich o'ramlar (P = 34% va shunga o'xshash). Yarimo'tkazgichlar uchun 4/4 (olmos, sfalerit, vurtsit tuzilmalari), 4/2 (kuprit), 2/2 (selen) xosdir.

Oraliq c.h.li konstruksiyalar. 6/6 va zichligi P 67%, masalan, NaCl turi, o'tkazuvchanlik xususiyatlariga (TiO, TiN, VN, TiC va boshqalar) va yarim o'tkazgichlarga (PbS, PbSe, PbTe) va dielektrik (NaCl, MgO) ega bo'lishi mumkin. , CaO, BaO).

Metall moddalar, shuningdek, past rentabellikga ega bo'lgan tuzilmalarga kristallanishi mumkin, masalan, grafitda. olmosdagi kabi 4 ga teng.

Eng muhim yarimo'tkazgichlar quyidagi tuzilmalarni hosil qiladi:

olmos: Si, Ge, a-Sn;

sfalerit: ZnS, HgS, CdTe, AlP, AlAs, AlSb, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, SiC, ZnSe, HgSe, ZnTe, HgTe;

kuprit: Cu 2 O, Ag 2 O;

ftorit: Mg 2 Si, Mg 2 Ge;

vurtsit: ZnS, ZnO, CdS, CdSe;

natriy xlorid: PbS, PbSe, PbTe;

nikel arsenid: VS, VSe, FeS, FeSe.

2.9. Orol, zanjirli va qatlamli tuzilmalar

Barcha strukturaviy birliklar orasidagi atomlararo masofalar bir xil bo'lgan (bir turdagi bog'lanishlar) koordinatsion tuzilmalardan tashqari, orol, zanjir va qatlamli tuzilmalarda (2.15-rasm) "orollar" ni tashkil etadigan atomlar guruhlarini ajratish mumkin ( molekulalar) doimiy ravishda bir yo'nalishda (zanjirlar) yoki cheksiz ikkita (qatlamlar) yoki uchta (skeletlar) o'lchamlarda cho'ziladi. Bunday tuzilmalar molekulyardir.

Shaklda. 2.15 a orol tuzilmalarini ko'rsatadi: 1 - chiziqli, 2 - ikki o'lchovli (kvadrat), 3 - uch o'lchovli (tetraedr). Shaklda. 2.15 b zanjirli tuzilmalar ko'rsatilgan: 4 - chiziqli, 5 - zigzag, 6 va 7 - oktaedra va tetraedralardan bo'g'inlar.

2.15-rasm. Orol va zanjirli tuzilmalar

Nazorat savollari

    Qaysi panjara oddiy, murakkab deb ataladi?

    Polikristal bitta kristalldan nimasi bilan farq qiladi?

    Kirish nimani anglatadi: (hkl), (hkl),< hkl>, ?

    Miller indekslari qanday qiymatlarni olishi mumkin?

    Kub chetlariga perpendikulyar bo'lgan tekisliklarning Miller indekslarini yozing.

    Kub yuzlarining diagonallariga perpendikulyar tekisliklarning Miller indekslarini yozing.

    Kub yuzlariga parallel bo'lgan tekisliklarning Miller indekslarini yozing.

    Kub yuzlariga perpendikulyar bo'lgan yo'nalishlarning Miller indekslarini yozing.

    (110), (110) o'rtasidagi farq nima?< 110>, ?

    Qanday hodisa polimorfizm deb ataladi?

    Izomorfizm nima?

    Shishaning tuzilishi kristallarning tuzilishidan qanday farq qiladi?

    Amorf jismlar tuzilishining xususiyatlari qanday?

    Qanday tuzilmalar yaqin qadoqlash hisoblanadi? Ularda atomlar qanday joylashtirilgan?

    GPU va GCC o'rtasidagi farq nima?

    Bir-biriga yaqin koordinatsion raqamlar nima?

    Fcc panjarasida tetraedral oraliqlar qayerda joylashgan?

    Oktaedral oraliqlar fcc panjaraning qayerida joylashgan?

    Politipizm nima?

    Yacheyka birligining ko'paytmasi nima?

    Har xil turdagi kubik tuzilmalar qanday farqlanadi?

    Mis, kremniy, NaCl, CsCl, sfaleritning elementar hujayralarini chizing.

    Vurtsit panjarasidagi atomlarning joylashishini tushuntiring.

    Vurtsit panjarasi qanday zich qadoqlash asosida qurilgan?

    Sfalerit panjarasi qanday zich qadoqlash asosida qurilgan?

    Vurtsit birlik hujayrasida nechta atom bor?

    Kristal konstruksiyalarning qadoqlash zichligi qanday hisoblanadi?

    Qaysi kristall panjaralar eng yuqori qadoqlash zichligiga ega?

    Qaysi kristall panjaralar eng kichik qadoqlash zichligiga ega?

    Qadoqlash zichligi koordinatsion raqam bilan qanday bog'liq?

    Zanjirli tuzilmalarni muvofiqlashtiruvchi tuzilmalar deb tasniflash mumkinmi? Nega?

    Qattiq jismlarda uzoq masofali va qisqa masofali tartib o'rtasidagi farq nima?

Qattiq holatdagi barcha metallar kristall tuzilishga ega. Qattiq metalldagi atomlar tartiblangan va kristall panjaralar hosil qiladi (1-rasm).

Guruch. 1-rasm. Kristal panjaralarning diagrammalari: a – tana markazlashtirilgan kub; b - yuzga qaratilgan; c - olti burchakli yaqin o'ralgan

Kristal hujayra kristallning eng kichik hajmini ifodalaydi, bu metallning atom tuzilishi haqida to'liq tasavvur beradi va birlik hujayra deb ataladi.

Metalllar uch turdagi kristall panjaralar bilan tavsiflanadi: kubik tana markazli (bcc), atomlar birlik hujayraning uchlarida va bitta uning markazida joylashgan; yuz markazlashtirilgan kub (fcc), unda atomlar birlik katakchasining tepalarida va uning yuzlarining markazlarida joylashgan; olti burchakli yaqin o'ralgan (hcp), bu olti burchakli prizma bo'lib, unda atomlar uchta qatlamda joylashgan.

Materialning xususiyatlari kristall panjara turiga va uni tavsiflovchi parametrlarga bog'liq:

1) atomlararo masofa, angstromlarda o'lchanadi 1A°=10 -8 sm

2) qadoqlash zichligi ( panjara asosi hujayra birligidagi zarrachalar soni). Kubik oddiy - B1, bcc - B2, fcc - B4, hcp - B6.

3) muvofiqlashtirish raqami(KN) - teng masofada joylashgan va mos yozuvlar nuqtasi sifatida olingan atomdan eng yaqin masofada joylashgan atomlarning maksimal soni. Kubik oddiy - KN=6, BCC - KN=8, FCC - KN=12, HPU - KN=12.

Old tekislik va diagonal tekislik yo'nalishi bo'yicha aniqlangan moddiy xususiyatlar har xil - bu hodisa deyiladi. anizotropiya, ya'ni turli yo'nalishlarda notekis xususiyatlar. Barcha metall materiallar bu xususiyatga ega. Amorf jismlar xossaga ega izotropiya, ya'ni. barcha yo'nalishlarda bir xil xususiyatlarga ega.

Kristalli panjaralar materialning xususiyatlarini sezilarli darajada o'zgartiradigan turli xil strukturaviy kamchiliklarga ega bo'lishi mumkin. Haqiqiy monokristal har doim erkin (tashqi) sirtga ega bo'lib, sirt tarangligi tufayli panjara buzilgan.

Ichki strukturaning nuqsonlari nuqta, chiziqli va tekislikka bo'linadi.

Nuqta nuqsonlari bo'sh o'rinlarni o'z ichiga oladi (kristal panjaraning alohida joylari atomlar bilan band bo'lmaganda); dislokatsiyalangan atomlar (agar alohida atomlar oraliqlarda bo'lsa) yoki nopoklik atomlari, ularning soni hatto sof metallarda ham juda katta. Bunday nuqsonlar yaqinida panjara bir yoki ikki davr oralig'ida elastik tarzda buziladi (2a-rasm).

Guruch. 2. Kristal panjaradagi nuqsonlar: a - nuqta; b - chiziqli; c - tekislik

Chiziqli nuqsonlar ikki o'lchamda kichik, uchinchisida esa juda katta. Bunday nuqsonlarga atom tekisliklarining siljishi yoki dislokatsiyalar va vakansiyalar zanjiri kiradi (2b-rasm). Bunday nuqsonlarning eng muhim xususiyati ularning kristall ichidagi harakatchanligi va bir-biri bilan va boshqa nuqsonlar bilan faol o'zaro ta'siridir.

Materialning kristall panjarasining o'zgarishi tashqi omillar, ya'ni harorat va bosim ta'siri ostida mumkin. Har xil harorat oralig'ida qattiq holatda bo'lgan ba'zi metallar har xil kristall panjaralarni oladi, bu esa har doim ularning fizik-kimyoviy xususiyatlarining o'zgarishiga olib keladi.

Xuddi shu metallning bir nechta kristall shakllarda mavjudligi deyiladi polimorfizm. Kristal panjaraning o'zgarishi sodir bo'ladigan harorat polimorf o'zgarish harorati deb ataladi. Barcha issiqlik bilan ishlov berish jarayonlari ushbu hodisaga asoslanadi. Polimorf modifikatsiyalar yunoncha harflar bilan belgilanadi (a, b, g va boshqalar, ular element belgisiga indeks sifatida qo'shiladi).

Ko'pchilik qattiq moddalardir kristall tuzilishi, unda "qurilgan" zarralar ma'lum bir tartibda bo'ladi va shu bilan hosil qiladi kristall panjara. U takrorlanadigan bir xil strukturaviy birliklardan qurilgan - elementar hujayralar, qo'shni hujayralar bilan bog'lanib, qo'shimcha tugunlarni hosil qiladi. Natijada, 14 xil kristall panjaralar mavjud.

Kristall panjaralarning turlari.

Panjara tugunlarida joylashgan zarrachalarga qarab, quyidagilar mavjud:

  • metall kristall panjara;
  • ionli kristall panjara;
  • molekulyar kristall panjara;
  • makromolekulyar (atomik) kristall panjara.

Kristal panjaralardagi metall bog'lanish.

Ion kristallari mo'rtlikni oshirdi, tk. kristall panjaraning siljishi (hatto ozgina bo'lsa ham) o'xshash zaryadlangan ionlar bir-birini qaytara boshlaydi va aloqalar uziladi, yoriqlar va bo'linishlar paydo bo'ladi.

Kristal panjaralarning molekulyar bog'lanishi.

Molekulalararo bog'lanishning asosiy xususiyati uning "zaifligi" (van der Vaals, vodorod).

Bu muzning tuzilishi. Har bir suv molekulasi vodorod bog'lari bilan o'zini o'rab turgan 4 ta molekula bilan bog'langan, natijada struktura tetraedral xususiyatga ega.

Vodorod aloqasi yuqori qaynash nuqtasi, erish nuqtasi va past zichlikni tushuntiradi;

Kristal panjaralarning makromolekulyar bog'lanishi.

Atomlar kristall panjaraning tugunlarida joylashgan. Bu kristallar ikkiga bo'linadi 3 tur:

  • ramka;
  • zanjir;
  • qatlamli tuzilmalar.

ramka tuzilishi olmosga ega - tabiatdagi eng qattiq moddalardan biri. Uglerod atomi 4 ta bir xil kovalent bog'lanish hosil qiladi, bu oddiy tetraedr shaklini ko'rsatadi ( sp 3 - duragaylash). Har bir atom qo'shni atomlar bilan ham bog'lanishi mumkin bo'lgan yolg'iz juft elektronga ega. Natijada uch o'lchamli panjara hosil bo'ladi, uning tugunlarida faqat uglerod atomlari mavjud.

Bunday strukturani yo'q qilish uchun juda ko'p energiya talab qilinadi, bunday birikmalarning erish nuqtasi yuqori (olmos uchun u 3500 ° S).

Qatlamli tuzilmalar har bir qatlam ichida kovalent bog'lanishlar va qatlamlar orasidagi zaif van der Vaals bog'lanishlari mavjudligini ko'rsatadi.

Misolni ko'rib chiqing: grafit. Har bir uglerod atomi mavjud sp 2 - gibridlanish. 4-juftlanmagan elektron qatlamlar orasida van-der-Vaals bog'ini hosil qiladi. Shuning uchun 4-qavat juda harakatchan:

Bog'lar zaif, shuning uchun ularni sindirish oson, bu qalamda kuzatilishi mumkin - "yozuv xususiyati" - 4-qavat qog'ozda qoladi.

Grafit elektr tokining ajoyib o'tkazgichidir (elektronlar qatlam tekisligi bo'ylab harakatlana oladi).

zanjirli tuzilmalar oksidlari bor (masalan, SO 3 ), yaltiroq ignalar, polimerlar, ba'zi amorf moddalar, silikatlar (asbest) shaklida kristallanadi.

Mendeleyev elementlarning davriy tizimiga muvofiq metallarni o‘rganish shuni ko‘rsatadiki, Mn va Hg dan tashqari, A kichik guruh elementlari, jumladan, o‘tish metallari va ko‘pchilik nodir yer elementlari, shuningdek, IB va IIB kichik guruh metallari va IIIB guruhining ba'zi elementlari, shu jumladan Al, quyidagi tipik metall tuzilmalardan birini tashkil qiladi:

1 kubik yuz markazlashtirilgan panjara (fcc)

kubik yuz markazlashtirilgan panjara quyidagi metallar bor: g - Fe, Al, Cu, Ni, a - Co, Pb, Ag, Au, Pt va boshqalar.

Kubik yuz markazlashtirilgan panjarada atomlar birlik katakchaning uchlarida va uning yuzlari markazlarida joylashgan (1.5-rasm).

Ushbu panjaradagi har bir atom = ga teng masofada joylashgan 12 ta eng yaqin qo'shni bilan o'ralgan. 0,707×a, Qayerda A- elementar hujayra qirrasi. 12 ga teng bo'lgan eng yaqin qo'shnilar soni kristall panjaraning koordinatsion soni deb ataladi. Ushbu eng yaqin atomlarga qo'shimcha ravishda, kristall panjarada 6 ta atom mavjud bo'lib, ular juda katta masofada joylashgan bo'lib, ular A.

Ko'rib chiqilayotgan kristall panjarada oraliq qattiq eritmalarni hosil qiluvchi ikki turdagi bo'shliqlar (qotishmalardagi boshqa elementlarning kichikroq atomlari joylashishi mumkin bo'lgan oraliqlar) mavjud.

Eng katta internodlar yoki bo'shliqlar kubning markazida va uning qirralarining o'rtasida joylashgan. Ushbu bo'shliqlarning har biri fcc panjarasining oltita atomi bilan o'ralgan bo'lib, muntazam oktaedrning uchlarida o'rinlarni egallaydi. Shu munosabat bilan ular oktaedral bo'shliqlar deb ataladi (1.5-rasm, b). Yuz markazlashtirilgan kubik panjaradagi turli elementlarning bunday pozitsiyalarini NaCl panjarasidagi Na va Cl atomlari egallaydi. Xuddi shu pozitsiyalarni g-Fe panjarasida uglerod egallaydi.

Fcc panjarasidagi bu bo'shliqlardan tashqari, ular 4 ta atom bilan o'ralganligi sababli tetraedral deb ataladigan kichikroq bo'shliqlar mavjud. Hammasi bo'lib fcc panjarasida 8 ta tetraedral bo'shliq mavjud (1.5-rasm, V).

Tetraedral va oktaedral bo'shliqlarning o'lchamlari, agar panjara bir-biriga tegib turgan holda, r radiusli qattiq sharlardan qurilgan deb hisoblasak, sezilishi mumkin; bu holda mavjud bo'shliqlarga oktaedral va tetraedral bo'shliqlar uchun mos ravishda 0,41 r va 0,225 r radiusli sharlar joylashtirilishi mumkin edi.

Yuz markazlashtirilgan kub tuzilishidagi eng zich joylashgan tekisliklar rasmda ko'rsatilgan tekisliklardir. Ularning belgisi (111) (1.5-rasm, G).


tana markazlashtirilgan kubik panjara Va 2 (bcc) metallarga ega a - Fe, xrom, volfram, molibden, vanadiy, natriy, litiy va boshqalar. A 2 strukturasi kamroq zich joylashgan.

Bcc panjarasidagi atomlar birlik katakchaning tepalarida va markazida joylashgan (1.6-rasm).

Ushbu hujayradagi har bir atomning 8 ta eng yaqin qo'shnisi bor, bu erda A kubning chetining uzunligi. Demak, panjaraning koordinatsion raqami 8 ga teng. Ba'zan u (8 + 6) bilan belgilanadi, chunki Keyingi eng uzoq atomlar a masofada joylashgan, ularning soni 6 ta.

Bcc tuzilishida 2 xil bo'shliq ham mavjud. Kattalari kubning yuzlarida joy egallaydi (1.6-rasm, V). Ular tetraedrning uchlarida joylashgan 4 ta atom bilan o'ralgan bo'lib, ularning qirralari juft bo'lib teng. Hujayra qirralari va yuzlari o'rtasida tartibsiz oktaedrning uchlarida joy egallagan 6 atom bilan o'ralgan kichikroq bo'shliqlar joylashgan (1.6-rasm, G). Agar bcc panjara konstruktsiyasi qattiq sharlardan qurilgan bo'lsa, u holda radiusi 0,292 r bo'lgan sharlar tetraedral bo'shliqlarga, 0,154 r oktaedral bo'shliqlarga joylashtirilishi mumkin.

Shunday qilib, zichroq o'ralgan fcc panjaraning bo'shliqlariga joylashtirilishi mumkin bo'lgan sharning maksimal o'lchami bcc panjarasiga qaraganda kattaroq bo'lib chiqadi.

Bcc panjarasining oktaedral g'ovaklariga boshqa atomlarning kiritilishi ikki atomning kub chetiga parallel yo'nalishda siljishiga olib keladi, bu esa panjaraning shu yo'nalishda kengayishiga olib keladi. Uglerod atomlari faqat C o'qiga parallel bo'lgan qirralarda va bu o'qga perpendikulyar yuzlar markazlarida joylashgan oktaedral bo'shliqlarga kiritilgan martensit tuzilishida bu a-Fe panjarasining tetragonal buzilishiga olib keladi.

Eng zich joylashgan bcc samolyotlar (110) oilaning 12 ta samolyotidir (1.6-rasm. b). Ushbu tekisliklarda qattiq to'plar tegishi mumkin bo'lgan 2 ta yo'nalish mavjud.

Olti burchakli yaqin qadoqlangan panjara A 3 (hcp) Zn, b - Co, Cd, Mg, a - Ti, a - Zr kabi metallarga ega.

Olti burchakli elak alohida qatlamlardan qurilgan bo'lib, har qanday qatlamning har bir atomi bir xil qatlamga tegishli teng masofada joylashgan 6 ta qo'shni bilan o'ralgan va qo'shimcha ravishda yuqorida va pastda joylashgan qatlamlarda uchta eng yaqin qo'shniga ega bo'ladi. bu qatlam (1.7-rasm).

Olti burchakli qatlamlardagi atomlar orasidagi masofa bilan belgilanadi A, hujayra balandligi s. Qo'shni qatlamlarda joylashgan oltita eng yaqin qo'shni ham masofada bo'ladi va bu atomdan, agar o'qlarning nisbati bo'lsa. s/a bo'lsa, unda bunday tuzilma ideal yaqin o'ralgan struktura deb ataladi. Bundan tashqari, fcc panjarasida bo'lgani kabi, bu holatda ham muvofiqlashtirish raqami 12 ga teng.

Olti burchakli yaqin qadoqlangan panjaraga ega bo'lgan metallarning ko'pchiligi eksa nisbatiga ega s/a= 1,56 - 1,63. Istisnolar Zn va Cd (1,86; 1,89). Buning sababi Zn va Cd atomlarining elektron bulutlarining sferik simmetriyaga ega emasligi va C o'qi bo'ylab cho'zilganligidir.Olti burchakli yaqin o'ralgan panjarada, shuningdek fccda 2 xil bo'shliq mavjud: oktaedral va tetraedral (1.7-rasm, b).

Ushbu bo'shliqlarga joylashtirilishi mumkin bo'lgan qattiq sharlarning diametrlari 0,41 r va 0,225 r, shuningdek fcc uchun.

Fcc panjarasining (111) yaqin o'ralgan tekisliklarini qurishni ko'rib chiqish kifoya (1.8-rasm, A) bu ikki panjaradagi atomlarning qurilishida to'liq o'xshashlikni topish. Ushbu panjaralar orasidagi farq qatlamlarning almashinishidir. Agar olti burchakli panjarada ABAB va boshqalar qatlamlarining almashinishi bo'lsa, fcc panjarada: ABCABC (1.8-rasm, b), ya'ni. bu yaqin qadoqlangan qatlamning uchinchi mumkin bo'lgan pozitsiyasidan foydalanadi.

Bu ikki panjara orasidagi energiya nisbatidagi farq unchalik katta emas va shu munosabat bilan oʻzgaruvchan qatlamlar ketma-ketligi plastik deformatsiya jarayonida, shuningdek, uning oʻsishi jarayonida kristall nuqsonlarning paydo boʻlishi natijasida osongina buzilishi mumkin. -stacking nosozliklari deb ataladi.

Shunday qilib, hcp va fcc panjaralarini qurishda ko'rinadigan farq unchalik katta emas (1.8-rasm).

Olmos, kremniy, germaniy, a - qalay (kulrang) shaklidagi uglerod ikki kubikga ega. panjara turi olmos(1.9-rasm). U fcc panjarasidan sakkizta tetraedral bo'shliqning to'rttasida qo'shimcha to'rtta atom mavjudligi bilan farq qiladi. Natijada, struktura yumshoqroq bo'ladi.

Har bir olmos atomi oddiy tetraedrning burchaklarida joylashgan eng yaqin to'rtta qo'shni bilan o'ralgan. Bunday tuzilmaning koordinatsion raqami 4 ga teng.

Yuqorida ko'rsatilganidek, har xil haroratda bir xil metallar turli xil kristalli tuzilishga ega bo'lishi mumkin, bu ularning allotropiyasidan kelib chiqadi.

Allotropik (polimorf) transformatsiya - kristall jismning fazoviy panjarasining o'zgarishi.

Allotropik o'zgarishlarga misol sifatida past haroratli allotropik shakl a - Fe ning tana markazli kub panjarali yuqori haroratli g - Fe shakliga yuz markazlashtirilgan kub panjarali, 910 haroratda aylanishini keltirish mumkin. ° C va 1392 ° C haroratda keyingi transformatsiya g - Fe ichiga d - Fe ga o'xshash tana markazli kubik panjara bilan - Fe. Shunga o'xshash o'zgarishlar titanium, sirkoniy va boshqalarda kuzatilishi mumkin. Titan va sirkoniyda past haroratli allotropik shakl a - Ti, a - Zr bo'lib, olti burchakli yaqin qadoqlangan panjaraga ega. Titan uchun 882 ° C va tsirkoniy uchun 862 ° C dan yuqori haroratlarda b-Ti va b-Zr hosil bo'ladi, ular tanaga markazlashtirilgan panjaraga ega.

Ko'rib turganingizdek, allotropik transformatsiya kristall jismning atom tuzilishi qizdirilganda va sovutilganda o'zgaradi. Kristall panjarani qayta tashkil etish jarayonining o'zi izotermik ravishda doimiy haroratda sodir bo'ladi, allotropik o'zgarishlarga uchragan qotishmaning sovutish egri suyuq metallning qotib qolishi paytida kuzatiladigan egri chiziqqa o'xshaydi. O'tish harorati transformatsiyaning kritik nuqtasi deb ataladi. Haroratda (T 0) ikkita allotropik navning fazaviy muvozanati kuzatiladi.

Kristallanish jarayoniga o'xshab, allotropik transformatsiya isitish vaqtida issiqlikning yutilishi va sovutish paytida uning chiqishi bilan sodir bo'ladi. Allotropik transformatsiya (shuningdek, kristallanish jarayoniga o'xshash) yadrolarning shakllanishi va ularning keyingi o'sishi orqali sodir bo'ladi va shuning uchun u har doim qizdirilganda o'ta sovutish (sovutish paytida) va qizib ketish mavjudligi bilan davom etadi.

Allotropik transformatsiya, shuningdek, kristallanish jarayoni tizimning erkin energiyani kamaytirish istagi bilan bog'liq holda sodir bo'ladi.

Odamlar doimo ishlashni afzal ko'rgan eng keng tarqalgan materiallardan biri metall edi. Har bir davrda bu ajoyib moddalarning har xil turlariga ustunlik berildi. Demak, miloddan avvalgi IV-III ming yilliklar xalkolit yoki mis davri hisoblanadi. Keyinchalik u bronza bilan almashtiriladi, keyin esa bugungi kunda ham dolzarb bo'lgan - temir kuchga kiradi.

Bugungi kunda buni bir vaqtlar metall buyumlarsiz qilish mumkinligini tasavvur qilish qiyin, chunki uy-ro'zg'or buyumlari, tibbiy asboblar va og'ir va engil jihozlargacha deyarli hamma narsa ushbu materialdan iborat yoki undan alohida qismlarni o'z ichiga oladi. Nima uchun metallar bunday mashhurlikka erisha oldi? Xususiyatlari qanday va ularning tuzilishiga qanday xosdir, keling, buni batafsilroq tushunishga harakat qilaylik.

Metallar haqida umumiy tushuncha

"Kimyo. 9-sinf" darsligi maktab o'quvchilari tomonidan qo'llaniladi. Aynan shu erda metallar batafsil o'rganiladi. Ularning fizik va kimyoviy xossalarini ko'rib chiqish katta bobga bag'ishlangan, chunki ularning xilma-xilligi juda katta.

Aynan shu yoshdan boshlab bolalarga ushbu atomlar va ularning xossalari haqida tushuncha berish tavsiya etiladi, chunki o'smirlar bunday bilimlarning qiymatini allaqachon to'liq tushunishlari mumkin. Ular turli xil narsalar, mashinalar va ularni o'rab turgan boshqa narsalar faqat metall tabiatga asoslanganligini juda yaxshi ko'rishadi.

Metall nima? Kimyo nuqtai nazaridan, ushbu atomlarga quyidagilar ega bo'lganlarga murojaat qilish odatiy holdir:

  • tashqi darajada kichik;
  • kuchli restorativ xususiyatlarni ko'rsatish;
  • katta atom radiusiga ega;
  • qanday oddiy moddalar bir qator o'ziga xos jismoniy xususiyatlarga ega.

Bu moddalar haqidagi bilimlarning asosini metallarning atom-kristal tuzilishini hisobga olgan holda olish mumkin. Bu birikmalarning barcha xususiyatlari va xususiyatlarini tushuntiradi.

Davriy tizimda butun jadvalning katta qismi metallar uchun ajratilgan, chunki ular barcha ikkilamchi kichik guruhlarni va birinchi guruhdan uchinchi guruhgacha bo'lgan asosiylarni tashkil qiladi. Shuning uchun ularning son jihatdan ustunligi aniq. Eng keng tarqalganlari:

  • kaltsiy;
  • natriy;
  • titan;
  • temir;
  • magniy;
  • alyuminiy;
  • kaliy.

Barcha metallar ularni bir katta moddalar guruhiga birlashtirishga imkon beruvchi bir qator xususiyatlarga ega. O'z navbatida, bu xususiyatlar metallarning kristalli tuzilishi bilan aniq tushuntiriladi.

Metall xossalari

Ko'rib chiqilayotgan moddalarning o'ziga xos xususiyatlariga quyidagilar kiradi.

  1. Metall porlash. Unga oddiy moddalarning barcha vakillari ega bo'lib, ularning ko'pchiligi bir xil.Faqat ba'zilari (oltin, mis, qotishmalar) farqlanadi.
  2. Egiluvchanlik va egiluvchanlik - bu juda oson deformatsiya va tiklanish qobiliyati. Turli vakillarda u har xil darajada ifodalanadi.
  3. Elektr va issiqlik o'tkazuvchanligi metall va uning qotishmalarining ko'lamini belgilaydigan asosiy xususiyatlardan biridir.

Metall va qotishmalarning kristalli tuzilishi ko'rsatilgan xususiyatlarning har birining sababini tushuntiradi va har bir o'ziga xos vakilda ularning jiddiyligi haqida gapiradi. Agar siz bunday tuzilmaning xususiyatlarini bilsangiz, unda siz namunaning xususiyatlariga ta'sir qilishingiz va uni odamlar ko'p o'n yillar davomida qilgan kerakli parametrlarga moslashingiz mumkin.

Metalllarning atom-kristal tuzilishi

Bunday tuzilma nima, u nima bilan tavsiflanadi? Ismning o'zi barcha metallarning qattiq holatda, ya'ni normal sharoitda (suyuq bo'lgan simobdan tashqari) kristallar ekanligini ko'rsatadi. Kristal nima?

Bu tanani bir qatorga qo'ygan atomlar orqali xayoliy chiziqlarni kesib o'tish orqali qurilgan an'anaviy grafik tasvir. Boshqacha qilib aytganda, har bir metall atomlardan iborat. Ular unda tasodifiy emas, balki juda muntazam va izchil joylashgan. Shunday qilib, agar siz ushbu zarralarning barchasini aqliy ravishda bitta tuzilishga birlashtirsangiz, siz har qanday shakldagi muntazam geometrik jism shaklida chiroyli tasvirga ega bo'lasiz.

Bu metallning kristall panjarasi deb ataladi. Bu juda murakkab va fazoviy hajmli, shuning uchun soddaligi uchun uning hammasi emas, balki faqat bir qismi, elementar hujayra ko'rsatilgan. Bunday hujayralar to'plami birlashtirilib, aks ettiriladi va kristall panjaralarni hosil qiladi. Kimyo, fizika va metallshunoslik bunday tuzilmalarning strukturaviy xususiyatlarini o'rganadigan fanlardir.

Sama - bu bir-biridan ma'lum masofada joylashgan va ular atrofidagi boshqa zarralarning qat'iy belgilangan sonini muvofiqlashtiradigan atomlar to'plami. U qadoqlash zichligi, tarkibiy tuzilmalar orasidagi masofa va muvofiqlashtirish raqami bilan tavsiflanadi. Umuman olganda, bu parametrlarning barchasi butun kristalning xarakteristikasi bo'lib, shuning uchun metall tomonidan ko'rsatilgan xususiyatlarni aks ettiradi.

Bir nechta navlari bor.Ularning barchasini bitta xususiyat birlashtiradi - tugunlarda atomlar mavjud va ichida kristall ichidagi elektronlarning erkin harakatidan hosil bo'lgan elektron gaz buluti mavjud.

Kristall panjaralarning turlari

Panjara tuzilishi uchun o'n to'rtta variant odatda uchta asosiy turga birlashtiriladi. Ular quyidagilar:

  1. Tana markazlashtirilgan kub.
  2. Olti burchakli mahkam o'ralgan.
  3. Yuz markazlashtirilgan kub.

Metalllarning kristall tuzilishi tasvirlarni katta kattalashtirish imkoniyatiga ega bo'lgandagina o'rganildi. Va panjara turlarini tasniflash birinchi marta frantsuz olimi Bravais tomonidan kiritilgan bo'lib, ular ba'zan uning nomi bilan ataladi.

Tana markazlashtirilgan panjara

Ushbu turdagi metallarning kristall panjarasining tuzilishi quyidagi tuzilishga ega. Bu kub bo'lib, uning tugunlarida sakkizta atom mavjud. Yana biri hujayraning bo'sh ichki maydonining markazida joylashgan bo'lib, bu "tanaga markazlashtirilgan" nomini tushuntiradi.

Bu elementar hujayraning eng oddiy tuzilishining variantlaridan biri va shuning uchun butun panjara. Ushbu turdagi metallar quyidagilardir:

  • molibden;
  • vanadiy;
  • xrom;
  • marganets;
  • alfa temir;
  • beta temir va boshqalar.

Bunday vakillarning asosiy xususiyatlari yuqori darajada egiluvchanlik va plastika, qattiqlik va kuchdir.

yuz markazlashtirilgan panjara

Yuz markazlashtirilgan kubik panjaraga ega bo'lgan metallarning kristall tuzilishi quyidagi tuzilishdir. Bu o'n to'rt atomni o'z ichiga olgan kub. Ulardan sakkiztasi panjara tugunlarini hosil qiladi va yana oltitasi har bir yuzda bittadan joylashgan.

Ular o'xshash tuzilishga ega:

  • alyuminiy;
  • nikel;
  • qo'rg'oshin;
  • gamma temir;
  • mis.

Asosiy farqlovchi xususiyatlar - turli xil ranglarning porlashi, engilligi, mustahkamligi, moslashuvchanligi, korroziyaga chidamliligi.

Olti burchakli panjara

Metalllarning panjarali kristall tuzilishi quyidagicha. Elementar hujayra olti burchakli prizmaga asoslangan. Uning tugunlarida 12 ta atom, yana ikkitasi asosda va uchta atom strukturaning markazidagi bo'shliq ichida erkin yotadi. Faqat o'n etti atom.

Bunday metallar:

  • alfa titan;
  • magniy;
  • alfa kobalt;
  • sink.

Asosiy xususiyatlar - yuqori darajadagi kuch, kuchli kumushrang nashrida.

Metalllarning kristall tuzilishidagi nuqsonlar

Shu bilan birga, barcha ko'rib chiqilgan hujayralar turlarida ham tabiiy nuqsonlar yoki nuqsonlar bo'lishi mumkin. Bu turli sabablarga ko'ra bo'lishi mumkin: begona atomlar va metallardagi aralashmalar, tashqi ta'sirlar va boshqalar.

Shuning uchun, kristall panjaralar bo'lishi mumkin bo'lgan nuqsonlarni aks ettiruvchi tasnif mavjud. Kimyo fan sifatida ularning har birini materialning xossalari o'zgarmasligi uchun sabab va chorasini aniqlash uchun o'rganadi. Shunday qilib, kamchiliklar quyidagicha.

  1. Nuqta. Ular uchta asosiy turga bo'linadi: bo'sh joylar, aralashmalar yoki dislokatsiyalangan atomlar. Ular metallning magnit xususiyatlarining, uning elektr va issiqlik o'tkazuvchanligining yomonlashishiga olib keladi.
  2. Chiziqli yoki dislokatsiya. Marginal va vintni ajrating. Materialning mustahkamligi va sifatini yomonlashtiring.
  3. sirt nuqsonlari. Ular metallarning tashqi ko'rinishi va tuzilishiga ta'sir qiladi.

Hozirgi vaqtda nuqsonlarni bartaraf etish va sof kristallar olish usullari ishlab chiqilgan. Biroq, ularni butunlay yo'q qilish mumkin emas, ideal kristall panjara mavjud emas.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi bilimlarning ahamiyati

Yuqoridagi materialdan ko'rinib turibdiki, nozik tuzilish va tuzilishni bilish materialning xususiyatlarini oldindan aytish va ularga ta'sir qilish imkonini beradi. Bu esa kimyo fanini bajarishga imkon beradi. Umumta’lim maktabining 9-sinfida asosiy e’tibor o‘quvchilarga fundamental mantiqiy zanjirning ahamiyati: tarkibi – tuzilishi – xossalari – qo‘llanilishini aniq tushunishga qaratilgan.

Metalllarning kristall tuzilishi haqidagi ma'lumotlar juda aniq tasvirlangan va o'qituvchiga bolalarga barcha xususiyatlardan to'g'ri va malakali foydalanish uchun nozik tuzilishni bilish qanchalik muhimligini aniq tushuntirishga va ko'rsatishga imkon beradi.