1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов

        Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение атомов (ионов), существующее в реальном кристалле.         Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Такая связь называется металлической.  Силы связи в металлах определяются силами отталкивания и силами притяжения между ионами и электронами. Атомы располагаются на таком расстоянии один от другого, при котором энергия взаимодействия минимальна. Как видно из (рис. 1), этому положению соответствует равновесное расстояние а₀. Сближение атомов на расстояние меньшее а₀ или удаление их на расстояние большее а₀, осуществимо лишь при совершении определенной работы против сил отталкивания и притяжения.         Поэтому в металле атомы располагаются закономерно, образуя правильную кристаллическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.         Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, получил названиеэлементарной кристаллической ячейки. Для однозначной ее характеристики необходимо знать следующие величины: три ребра ( a, b, и c) и три угла между осями  ,  и  (рис.2). Большинство металлов образует три вида кристаллических решеток: ОЦК - объемно центрированную кубическую; ГЦК - гранецентрированную кубическую;  ГПУ - гексагональноплотноупакованную (рис. 3 б)  ОЦК: Pb, K, Na, Li, Ti, Zr, Ta, W, V, Fe, Cr, Nb, Ba и др.  ГЦК: Ca, Ge, Sr , Tn, Pb, Ni, Ag, Au, Pd, Pt, Rh, Jr, Fe ,Cu, Co и др. ГПУ: Vg, Ti , Cd, Re, Os, Ru, Zn, Co Be, Ca и др.          Расстояние a, b, c между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке называются периодами решетки. Периоды решетки для большинства металлов находятся в пределах 0,1 - 0,7 нм (1 нм = 10-9 см.).         Плотность кристаллической решетки - объема, занятого атомами, которые можно условно рассматривать, как жесткие шары характеризуются координационным числом, под которым понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома. Чем выше координационное число, чем больше плотность упаковки атомов.         В элементарной ячейке ОЦК наименьшее расстояние между атомами соответствует d = 0,5 а . На этом расстояние от данного атома находятся 8 соседей (рис.3 а), следовательно, координационное число для ОЦК решетки соответствует 8 и обозначается К8. Коэффициент компактности ячейки, определяемый как отношение объема, занятого атомами, к объему ячейки составляет для ОЦК решетки 68 %.         Аналогично для ГЦК (рис. 3 б) координационное число равно К12, где расстояние между атомами d = 0,5 а . ГПУ решетка, для которой с/а = 1,633, имеет координационное число 12 (Г12) (рис. 3 в), что также соответствует наиболее плотной упаковке. Если отношение с/а отличается от 1,633 то координационное число буде равняться 6.         ГЦК ГПУ решетки более компактные; в них коэффициент компактности равен 74 %.         При уменьшении координационного числа в ГПУ решетке с 12 до 6 коэффициент компактности составляет 50 %, а при координационном числе 4 - всего 25 %.         Половину наименьшего расстояния между атомами в их кристаллической решетке называют атомным радиусом. Атомный радиус возрастает при уменьшении координационного числа, так при этом увеличивается пространство между атомами. Поэтому атомные радиусы разных металлов обычно приводятся к К12.         Анизотропия свойств металлов. Нетрудно видеть, что плотность расположения атомов по различным плоскостям неодинакова. Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных плоскостях и направлениях решетки свойства (химические, физические, механические) каждого монокристалла зависят от направления вырезки образца по отношению к направлениям в решетке. Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кристаллографических направлениях называют анизотропией.          Кристалл – тело анизотропное в отличии от аморфных тел, свойства которых не зависят от направления.