Полиморфные и магнитные превращения в металлах

Некоторые элементы видоизменяют свое кристаллическое строение, т. е. тип кристаллической решетки, в зависимости от изменения внешних условий — температуры и давления. Существование вещества в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий обусловливается его стремлением к состоянию с меньшим запасом свободной энергии. Это явление носит название полиморфизма или аллотропии. Каждый вид решетки представляет аллотропическое видоизменение или модификацию. Каждая модификация имеет свою область температур, при которых она устойчива (табл. 2).

При полиморфных превращениях металлов основное значение имеет температура. Превращение одной аллотропической формы в другую происходит при постоянной температуре, называемой температурой полиморфного превращения, и сопровождается тепловым эффектом, подобно явлениям плавление—затвердевание или испарение—конденсация. Это связано с необходимостью затраты определенной энергии на перестройку кристаллической решетки.

Несмотря на то, что при аллотропических превращениях межатомные расстояния часто изменяются довольно заметно, атомные объемы и соответственно полные энергии различных модификаций, как правило, различаются мало. Но бывают и исключения. Например, переход из Р- в a-модификацию олова происходит с изменением типа связи от металлической к ковалентной и сопровождается резким изменением объема. Белое металлическое олово превращается в серый порошок, так как температурный коэффициент линейного расширения серого олова в четыре раза больше, чем у белого. Это явление получило название «оловянной чумы».

Разные аллотропические формы одного и того же элемента принято обозначать буквами греческого алфавита а, δ, у и т. д., которые в виде индексов добавляют к символу, обозначающему элемент. Аллотропическую форму, устойчивую при самой низкой температуре, обозначают буквой а, существующую при более высокой температуре δ, затем γ и т. д.

Примером аллотропического превращения, обусловленного изменением давления, является видоизменение кристаллического строения углерода, который может существовать в виде графита и алмаза.

Полиморфизм имеет большое практические значение. Исполь­зуя это явление, можно упрочнять или разупрочнять сплавы с помощью термической обработки.

Магнитные превращения. Некоторым металлам присуща спо­собность сильно намагничиваться в магнитном поле. После удале­ния магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом, что позволяет использовать их для изготовления постоянных магнитов. Это явление впервые было обнаружено на железе и в связи с этим получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые редкоземельные элементы (гадолиний, диспрозий, эрбий). При нагреве ферромагнитные свойства уменьшаются постепенно: вначале слабо, а затем наблюдается очень резкое снижение. Выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, они становятся парамагнетиками.

Магнитные превращения не связаны с изменением кристалли­ческой решетки или микроструктуры, они не имеют температурного гистерезиса. Поэтому магнитные превращения нельзя отождествлять с аллотропическими. Установлено, что при магнитных превращениях происходят изменения в характере межэлектронного взаимодействия.

1. Из за каких внешних условий меняется тип кристаллической решетки металла.

2. Что такое аллотропия вещества

3. Какое практическое применение существует аллотропическим превращениям.

4. Что такое ферромагнетизм

5. Связаны ли магнитные и аллотропические превращения, и почему.