СТРОЕНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Влияние типа связи на свойства кристалла

Типы твердых тел отличаются между собой по характеру сил взаимодействий, типу связи и тому, какие частицы расположены в узлах кристаллической решетки.

1. Кристаллы, в узлах которых правильно чередуются положительные и отрицательные ионы, имеют ионную связь. Вещества с ионной связью очень прочные, твердые, хрупкие. Обычно это вещества типа NaCl, KF,…

2. Ковалентная связь наблюдается у веществ типа Cl₂.

3. Для металлической связи характерно наличие большого количества электронов, которые движутся среди ионов, образуя «электронный газ».

Аморфное и кристаллическое состояние

Твердые тела в зависимости от скорости охлаждения при кристаллизации делят на аморфные и кристаллические.

Аморфный металл получается при скоростях охлаждения 10⁶…10⁷ °С/с и более. Атомы при этом не располагаются в правильном порядке, не образуют кристаллов. Аморфное твердое тело является изотропным, т.е. обладает одинаковыми свойствами во всех направлениях. Кроме того, ему присущи высокая твердость, хорошая коррозионная стойкость и др. свойства. Если такое тело нагреть до определенной температуры, которая приведет к значительному повышению тепловой активности атомов, то аморфное состояние его перейдет в кристаллическое. Можно получить и смешанную структуру: аморфная основа и образовавшиеся в ней кристаллы.

В кристаллических твердых телах (при меньших скоростях охлаждения) атомы расположены в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы и создавая кристаллическую решетку или воображаемую пространственную сетку.

Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не ряда периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой.

Объемноцентрированный куб (ОЦК)	Гранецентрированный куб (ГЦК)	Гексагональная плотноупакованная (ГПУ)
а, с – параметры (периоды) решетки
а=с
К = 68 %	К = 74 %	К = 74 %
Na, K, V, Nb, Cr, Mo, W	Cu, Ag, Au, Pt, Al, Pb, Ni	Be, Mg, Zn, Cd

Если принять, что атомы в решетке представляют собой упругие соприкасающиеся шары, то не трудно видеть, что в решетке помимо атомов, имеется значительное свободное пространство. Плотность кристаллической решетки, т.е. объем, занятый атомами, характеризуется коэффициентом компактности К. Расчеты компактности показали, что решетки ГЦК и ГП более компактны, чем ОЦК.

Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку. Способность металла существовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. При полиморфном превращении меняются форма и тип кристаллической решетки.

a – полиморфная модификация, устойчивая при более низких температурах;

g – полиморфная модификация, устойчивая при более высоких температурах.

Кристаллическим веществам свойственна анизотропия свойств, они имеют различные свойства в разных направлениях.