Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Атомно-кристаллическое строение металлов. Элементарные кристаллические ячейки.

Читайте также:
  1. III. Строение атома. Развитие периодического закона.
  2. Анатомическое строение верхней и нижней челюсти. Общие черты и различия в их развитии и строении.
  3. Атмосфера: состав, строение, значение для географической оболочки
  4. Белки, строение, структура, их роль в организме.
  5. Билет 25: Неметаллы,положение в периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева,строение их атомов
  6. БИЛЕТ№6-Строение и функции белков.
  7. Биосфера как высшая степень развития живых систем. Состав и строение биосферы, ее границы (по В.И.Вернадскому).
  8. Варолиев мост. Внешнее и внутр строение.
  9. Вегетативная нервная система, ее строение и функции.

 

Стали

 

1. ГОСТ 380-94. Сталь углеродистая обыкновенного качества

2. ГОСТ 1050-88. Прокат сортовой, калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали

3. ГОСТ 1435-99. Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия

4. ГОСТ 4543-71. Прокат из легированной конструкционной стали

5. ГОСТ 14959-79. Прокат из рессорно-пружинной углеродистой и легированной стали. ТУ.

6. ГОСТ 5950-2000. Прутки, полосы и мотки из инструментальной легированной стали. ТУ.

7. ГОСТ 5632-72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие,

жаростойкие и жаропрочные

8. ГОСТ 21427.1-83. Сталь электротехническая холоднокатанная

анизотропная тонколистовая

9. ГОСТ 21427.2-83. Сталь электротехническая холоднокатанная

анизотропная тонколистовая

10. ГОСТ 6862-71. Стали и сплавы для постоянных магнитов

 

Чугуны

 

1. ГОСТ 1412-85. Чугун с пластинчатым графитом для отливок. Марки.

2. ГОСТ 1215-79. Отливки из ковкого чугуна.

3. ГОСТ7293-85. Чугун с шаровидным графитом для отливки.

4. ГОСТ 1585-85. Чугун антифрикционный для отливок.

 

Алюминий и его сплавы

 

1. ГОСТ 11069-2001. Алюминий первичный. марки.

2. ГОСТ 4784-74. Алюминий и сплавы деформируемые алюминиевые. марки.

3. ГОСТ 2685-75. Сплавы алюминиевые литейные. ТУ.

 

Медь и ее сплавы

 

1. ГОСТ 859-2001. Медь. Марки.

2. ГОСТ 15527-2004. Сплавы медноцинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки.

3. ГОСТ 17711-93. Сплавы медноцинковые (латуни), литейные. Марки.

4. ГОСТ 5017-74. Бронза оловянная, обрабатываемая давлением. Марки.

5. ГОСТ 18175-78. Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением. Марки.

6. ГОСТ 613-79. Бронза оловянная литейная

7. ГОСТ 493-79. Бронза безоловянная литейная.

Атомно-кристаллическое строение металлов. Элементарные кристаллические ячейки.

Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространст­венной сеткой с ионами (атомами) в узлах.
Атомно-кристаллическая структура может быть представлена не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Так называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла.
В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют параметрами, или периодами решетки. Величина их в металлах порядка 0,1–0,7 нм, размеры элементарных ячеек — 0,2–0,3 нм.
На рис. 1.2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов: объемно-центрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов. В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (рис. 1.2, б). В кубической объемно-центрированной решетке (ОЦК) атомы расположены в вершинах куба, а один атом — в центре его объема (рис. 1.2, а). В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП; А3) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы (рис. 1.2, в).
Для характеристики кристаллических решеток вводят понятия координационного числа и коэффициента компактности. Координационным числом Iк называется число атомов, находящихся на наиболее близком и равном расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки координационное число равно 8, для решеток ГЦК и ГП оно составляет 12. Из этого следует, что решетка ОЦК менее компактна, чем решетки ГЦК и ГП. В решетке ОЦК каждый атом имеет всего 8 ближайших соседей, а в решетках ГЦК и ГП их 12. Если принять, что атомы в решетке представляют собой упругие соприкасающиеся шары, то нетрудно видеть, что в решетке, помимо атомов, имеется значительное свободное пространство. Плотность кристаллической решетки, т. е. объем, занятый атомами, характеризуется коэффициентом компактности. Коэффициент компактности Q равен отношению суммарного объема атомов, входящих в решетку, к объему решетки:

где R — радиус атома (иона); n — базис, или число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку; V — объем элементарной ячейки. Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку.

 

Рис. 1.2. Типы элементарных ячеек кристаллических решеток металлов и схемы упаковки в них атомов:

а) гранецентрированная кубическая (ГЦК); б) объемно-центрированная кубическая (ОЦК);
в) гексагональная плотноупакованная (ГП) решетка
Полиморфизм кристаллов - способность некоторых минералов и иных кристаллических веществ существовать при одном и том же химическом составе в состояниях с различной атомной кристаллической структурой. Каждое из таких состояний (термодинамических фаз), называется полиморфной модификацией, устойчивой при определённых внешних условиях (температуре и давлении). Модификации обозначаются обычно греческими буквами a, b, g и т.д. Различие в структуре обусловливает и различие в свойствах полиморфных модификаций данного вещества. Полиморфизмом обладают простые вещества (Аллотропия), а также неорганические и органические соединения. Так, углерод имеет 2 модификации: кубическую (алмаз) и гексагональную (графит), резко различающиеся по физическим свойствам. Полиморфизм является результатом того, что одни и те же атомы и молекулы могут образовывать в пространстве несколько устойчивых решёток. Т. к. любое малое искажение устойчивой решётки связано с увеличением её энергии, то существующие структурные состояния соответствуют энергетическим минимумам различной глубины. Аллотропия – свойство некоторых химических простых тел (элементов) являться в двух или нескольких столь различных видоизменениях, что их можно принять за совершенно различные тела, если бы тождество их химической природы не было твердо установлено химическими превращениями. Анизотропия— неодинаковость физических (физико-химических) свойств среды (например, электропроводности, теплопроводности и др.) по различным направлениям внутри этой среды (в противоположность изотропии). Причиной анизотропности является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния оказываются неодинаковыми по различным направлениям.

Ковалентные, ионные, металлические кристаллы. В природе встречаются кристаллы различной структуры. Некоторые из них состоят из нейтральных атомов — это атомные (ковалентные) кристаллы, другие состоят из разноименно заряженных ионов — это ионные кристаллы. Металлические кристаллы построены из положительно заряженных ионов и свободных электронов, а молекулярные кристаллы состоят из молекул. Различие в структуре определяет различие свойств кристаллов. Атомные (ковалентные) кристаллы образуются путем плотной упаковки атомов. Естественно, что при этом ионы не образуются, но возникают ковалентные связи путем спаривания валентных электронов. Такие связи характерны для элементов IV группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: углерода, кремния, германия и др. На рисунке изображена плоская модель связей в кристалле германия. На внешней оболочке атома этого вещества находится 4 электрона, а для заполнения необходимо 8. Поэтому атом взаимодействует с четырьмя соседними; при этом пара валентных электронов одновременно принадлежит двум соседним атомам. Заметим, что в этом типе кристаллов нет отдельных молекул, весь кристалл — гигантская молекула. Ионные кристаллы образуются путем плотной упаковки ионов, заряженных разноименно. К числу ионных кристаллов относится большинство неорганических соединений, например соли. Рассмотрим строение кристалла поваренной соли — хлорида натрия NаСI. Известно, что атом натрия легко отдает свой валентный электрон, а атом хлора его принимает. Образуются два иона: положительный Nа+ и отрицательный Сl-. У обоих ионов внешняя электронная оболочка оказывается заполненной, ибо она содержит по 8 электронов. Электроны располагаются сферически, симметрично относительно ядер, так что оба иона можно считать шариками, но с разными радиусами: ион хлора больше иона натрия. Между разноименно заряженными ионами действуют кулоновские силы притяжения, удерживающие их в узлах кубической кристаллической решетки. Каждый ион натрия окружен шестью ионами хлора, и, наоборот, каждый ион хлора окружен шестью ионами натрия. В кристалле нет молекул NаСl. Аналогично образуется ионная химическая связь и в других случаях, чаще всего между металлами и галогенами — фтором и хлором. Металлические кристаллы образуются следующим образом. При кристаллизации атомы сближаются, валентные электроны отделяются от атомов и коллективизируются — они уже принадлежат не отдельным атомам, а кристаллической решетке в целом. Совокупность этих свободных электронов образует электронный газ. Кристаллическая решетка состоит из плотно упакованных положительно заряженных ионов, которые удерживаются в узлах решетки за счет взаимодействия с отрицательно заряженным электронным газом. Наличие свободных электронов и служит причиной того, что металлы — хорошие проводники электричества. Все три вида рассмотренных выше химических связей — ионная, ковалентная и металлическая — обеспечивают значительную механическую прочность соответствующих кристаллов, их малую сжимаемость. Все они имеют электрическое происхождение, ибо связаны с перераспределением электронов между атомами.

Кристаллические и аморфные материалы. Монокристаллические материалы

Аморфными называются тела, физические свойства которых одинаковы по всем направлениям. Примерами аморфных тел могут служить куски затвердевшей смолы, янтарь, изделия из стекла. Аморфные тела являются изотропными телами. Изотропность физических свойств аморфных тел объясняется беспорядочностью расположения составляющих их атомов и молекул . Кристаллические тела делятся на монокристаллы и поликристаллы. Монокристаллы иногда обладают геометрически правильной внешней формой, но главный признак монокристалла — периодически повторяющаяся внутренняя структура во всем его объеме. Поликристаллическое тело представляет собой совокупность сросшихся друг с другом хаотически ориентированных маленьких кристаллов — кристаллитов. Поликристаллическую структуру чугуна, например, можно обнаружить, если рассмотреть с помощью лупы образец на изломе. Каждый маленький монокристалл поликристаллического тела анизотропен, но поликристаллическое тело изотропно.

Пространственная решетка. Для наглядного представления внутренней структуры кристалла применяется способ изображения его с помощью пространственной кристаллической решетки. Кристаллической решеткой называется пространственная сетка, узлы которой совпадают с центрами атомов или молекул в кристалле (рис. 99).

Кристаллы могут иметь форму различных призм и пирамид, в основании которых могут лежать только правильный треугольник, квадрат, параллелограмм и шестиугольник (рис. 100).


Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 36 | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2021 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав