ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Металлическая связь из "Справочник Химия изд.2" Металлы и сплавы металлов кристаллизуются в форме металлических решеток. Узлы в металлической решетке заняты положительными ионами металлов (атомными остовами металлов). Все металлы, за редкими исключениями, кристаллизуются в одном из трех типов решеток, строение которых показано на рис. 51. При кубической плотнейшей упаковке атомных остовов формируется гранецентрированная решетка (рис. 51, а) при гексагональной плотнейшей упаковке — гексагональная решетка (рис. 51,6). Кристаллы щелочных металлов, бария и некоторых переходных металлов образуют объемно центрированную кубическую решетку (рис. 51, в). Названия решеток соответствуют упаковке атомных остовов в вершинах и серединах граней элементарного Куба (рис. 51, а), в виде гексагональной призмы (риС. 51,6) и в вершинах и геометрическом центре элементарного куба (рис. 51, в). [c.144] Заполнение гранецентрированной кубической и гексагональной решеток атомными остовами является максимально возможным при данных геометрических размерах атомных остовов металлов, поэтому такие виды упаковок атомов называются плотнейшими. Плотнейшим упаковкам атомов соответствует и максимальное координационное число (см. 6.14) решетки, т. е. число ближайших соседей, окружающих данный атомный остов в пространстве. Для кубической и гексагональной плотнейших упаковок координационное число равно 12 (что легко определить по рис. 51, а и б) в объемно центрированной кубической решетке координационное число равно 8 (рис. 51, в). [c.144] Валентные электроны, отделившиеся от атомов металлов и оставившие в узлах решетки соответствующие атомные остовы (катионы), более или менее свободно перемещаются в пространстве между катионами и обусловливают металлическую электрическую проводимость металлов. По аналогии с молекулами газообразного вещества, совершающими хаотическое движение, подвижные электроны рассматривают как электронный газ в металле. [c.144] НИЯ В атомных кристаллических решетках (см. 6.3). Вследствие этого большинство металлических простых веществ, в отличие от алмазоподобпых веществ, имеют относительно низкие температуры плавления (т. пл.). Пример. [c.145] Подобно атомам в атомных решетках и ионам в ионных решетках, катионы в металлических решетках, не обладающие поступательным движением, постоянно совершают колебания вокруг положения узлов решетки. Амплитуда этих колебаний при нагревании возрастает, и при достижении температуры плавления металла решетка разрушается. Температура плавления металлов, как правило, возрастает с увеличением числа валентных электронов в их атомах и с уменьшением расстояния между атомными остовами в решетке — параметра решетки а. [c.145] Натрий плавится при более высокой температуре, чем калий, вследствие меньшего значения параметра а, кальций плавится при значительно более высокой температуре, чем калий, в основном по причине удвоенного числа валентных электронов (параметры их решетки почти одинаковы). [c.146] От упаковки кристаллических решеток зависит пластическая деформируемость (ковкость) металлов. Она тем выше, чем больше в металлической решетке плотнейших шаровых слоев (плоскостей трансляции, т. е. плоскостей параллельного переноса слоев) и чем меньше пустот, тормозящих скольжение слоев. Наименьшая ковкость у металлов с гексагональной решеткой, промежуточная — с объемно центрированной кубической решеткой и наибольшая — с гранецентрированной кубической решеткой. [c.146] Пример. При нагревании железа до 911 °С низкотемпературная объемно центрированная кубическая решетка (так называемое а-железо) переходит в гранецентрированную кубическую решетку (так называемое у-же-лезо) по этой причине раскаленное железо значительно легче поддается ковке. [c.146] При затвердевании металлических расплавов происходит массовая кристаллизация и возникает одновременно множество мелких кристалликов, они называются кристаллитами. Рост кристаллита протекает в окружении подобных мелких кристаллов при этом исключается значительное увеличение размеров кристаллитов и поэтому они не видны визуально на изломе металла и образец металла кажется монолитным. [c.146] Смеси двух или более индивидуальных металлов называются сплавами. В сплавах могут присутствовать в небольших количествах и некоторые неметаллы (С, 81, 5). Распространенным методом получения сплавов является совместное нагревание их составных частей до полного расплавления смеси. Однако есть металлы, которые не сплавляются друг с другом в любых отношениях. [c.146] Металлические сплавы можно классифнцнровать так твердые растворы внедрения твердые растворы замещения смеси индивидуальных кристаллов металлов смеси кристаллов интерметаллических соединений. [c.146] В сплавах, представляющих собой твердые растворы внедрения (рис. 62, а), часть межузельных полостей металлической кристаллической решетки занята атомами другого элемента (например, углерода). Такие примеси часто упрочняют сплав например, чугун, сталь — железо, содержащее примесные атомы углерода, значительно тверже, чем чистое железо. [c.146] В сплавах — твер 9ы с растворах замещения (рис. 52. б) часть атомов основного вещества заменена на атомы примесного элемента. Сплавы, состоя-щне из смеси индивидуальных кристаллических компонентов, образуются при соблюдении строго определенного соотношения такие сплавы называются также эвтектическими смесями. Эвтектической смесью является широко известный оловянный припой — третннк (64 % 8п и 36 % РЬ) с т, пл. 181 С. [c.146] в которой находятся валентные электроны, называется еалгнгкой, а вакантная зона (находящаяся над валентной зоной)—зоной проводимости. В кристалле натрня валентной зоной является 3 -зона, а зоной проводимости — Зр-зона. [c.148] В соответствии с зонной теорией электрическая проводимость кристалла обусловлена тем, что, во-первых, в пределах неполностью занятой валентной зоны имеется много свободных энергетических состояний, между которыми возможна миграция валентных электронов, и, во-вторых, валентные электроны способны покидать валентную зону и переходить в зону проводимости. [c.148] Электронную проводимость можно создать или увеличить искусственным путем — введением примесных атомов других элементов в основное вещество. Этот процесс называется легированием полупроводника. Например, полупроводниковые свойства кремния (атом которого имеет 4 валентных электрона) можно улучшить введением в кристалл примесных атомов бора (3 валентных электрона) или фосфора (5 валентных электронов). Каждый атом Р вводит в кристаллическую решетку кремния одии избыточный валентный электрон, а каждый атом В как бы выводит один электрон. Недостаток одного электрона соответствует так называемой положительно заряженной дырке . Это показано па рис, 55. Дырки ведут себя так. как если бы на их месте находились электроны, но положительно заряженные. Атомы фосфора обеспечивают дополнительную электронную проводимость, и в результате образуется полупроводник и-тнпа атомы бора создают дырочную проводимость, характерную для полупроводника р-типа. [c.149] Избыточные электроны (например, за счет введения атомов фосфора) находятся на энергетическом уровне, который лежит несколько ниже зоны про водимости основного вещества (например, кремния) и называется донорным уровнем примеси (рис. 56. а). Ввиду малой ширины запрещенной зоны между донорным уровнем и зоной проводимости примесные электроны легко переходят в последнюю и улучшают свойства полупроводника п-типа. [c.149] Путем легирования можно получать полупроводники с заранее заданными свойствами. Полупроводники широко применяются а электронных приборах, с помощью которых преобразуется и передается информация (ЭВМ, лазеры, фото- и термоэлектронные датчики и др.). [c.150] Вернуться к основной статье