I.Теоретические вопросы требующие развернутого ответа

1.Типы межатомных связей в твердых телах.Строение металлических материалов.Кристаллическая структура металлов. Ионная связь – присуща химическим соединениям, образованным элементами с резко различающейся валентностью. Так металлы, имея 1 или 2 электрона на внешней орбите, которые не прочно связаны с ядром, вступая в реакцию с неметаллами, металлы отдают электроны и превращаются в ионы. Неметаллы принимают эти электроны, превращаясь в отрицательные ионы => ионная связь обеспечивает электро – статическое притяжение. Na + Cl2 => NaCl Ионная связь жесткая и направленная => все химические соединения прочные, твердые, но очень хрупкие (низкая пластичность). Ионная связь характерна для окислов различных элементов. Ковалентная связь – устанавливается в результате образования устойчивых соединений, путем обобществления электронов группой атомов. Обобществление электронов зависит от валентности элемента и определяется по следующей зависимости: C = 9 – M, где C – число атомов обобществляющих электрон, 9 – устойчивая электронная конфигурация, M – валентность элемента. Ковалентная связь возникает между атомами соседей, которые обобществляют один из электронов соседа. Ковалентная связь характерна для кристаллических тел. Пример: алмаз - кристаллическая модификация углерода с ковалентной связью. Образование алмаза возникает при обобществлении по одному электрону четырех атомов. Ковалентная связь – жесткая, направленная => прочная. Она характерна для пластмасс. Металлическая связь обусловлена строением атома, на внешней орбите у металла 1-2 электрона, они слабо связаны с ядром. Для металла характерны кристаллические решетки с плотным расположением атомов => внешние оболочки соприкасаются и пересекаются. Все валентные электроны обобществляются (общие в пределах твердого тела) и образуют электронный газ. Возникают пары атомов превращающихся в разнозаряженных атомов, которые связаны силами электростатического напряжения. Металлическая связь – гибкая, нежесткая. Свойства металлов: высокая прочность, пластичность, электропроводность, теплопроводность. Металлическая связь характерна всем металлам и их сплавам => металлы широко применяются в производстве. В металлах можно повысить прочность: 1. Изменением химического состава 2. Изменением строением металла в результате термической обработки Силы Ван-дер-Вальса - они основаны на том, что все атомы являются диполями. Это связано с тем, что при сближении атомов происходит поляризация, что приводит к появлению сил притяжения. Диполи возникают при смещении центров отрицательно заряженных электронов относительно центров положительно заряженных электронов. Силы Ван-дер-Вальса направленные. Связь слабая и незаметна, она присутствует в полимерах. Металлы представляют собой кристаллические тела с закономерным расположением атомов в узлах пространственной решетки. Решетки состоят из ряда кристаллических плоскостей, расположенных друг от друга на расстоянии нескольких нанометров (1 нм = 10~~9 м). Для железа эти расстояния 28,4 нм (a = Fe) и 36,3 нм (y = Fe). Большинство металлов имеет пространственные решетки в виде простых геометрических фигур. Отдельные участки кристаллической решетки прочно связаны между собой в комплексы — зерна. Взаимное расположение зерен отдельных элементов и сплавов определяет структуру металлов и их свойства.Атомы металлов характеризуются малым количеством электронов (1...2) на наружной оболочке, легко отдают их, что подтверждается высокой электропроводностью.Черные металлы имет простые кубические ячейки решеток (9.10) двух видов: а) центрированный или объемно-центрированный куб (9 атомов в ячейке), объем шаров занимает 68 %; б) гранецентрпрованный или куб с центрированными гранями (14 атомов), объем шаров занимает 74%. Некоторые цветные металлы и их сплавы имеют гексагональную (шестигранную) решетку. Металлы являются кристаллическими материалами, т.е. характеризуются трехмерной периодичностью в расположении атомов. При этом конкретное расположение атомов и расстояния между ними различны для различных металлов, совокупность атомов образует кристаллическую решетку. Характеристикой кристаллической структуры является элементарная ячейка – параллелепипед минимальных размеров, в вершинах, а также внутри которого расположены атомы и параллельным перенесением которого можно целиком заполнить пространство.Для железа при комнатной температуре элементарная ячейка представляет собой куб с длиной ребра около 3 А, атомы железа расположены в вершинах и в центре куба (объемноцентрированная кубическая структура). При высоких температурах происходит фазовое превращение с перестройкой кристаллической структуры, в кубической элементарной ячейке происходит увеличение длины ребра куба и изменяется расположение атомов. В этой структуре (гранецентрированная кубическая структура) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Для описания кристаллической структуры в кристаллографии применяется система индексов. Так, например, грань куба в элементарной ячейке имеет индексы (100), диагональная плоскость, проходящая через 2 ребра куба – индексы (110), диагональная плоскость, проходящая через 3 вершины куба – (111). Обозначения индексов плоскостей пишутся в круглых скобках. Индексы направлений в кристаллической структуре совпадают с индексами плоскостей, перпендикулярных к этим направлениям, и записываются в квадратных скобках, например, [100], [110], [111].Расстояния между атомными плоскостями являются характерными для каждого материала и, зная их, можно идентифицировать материал по его кристаллической структуре. Этот вид идентификации отличается от металлографии и электронной микроскопии, где изучается внешний вид структур под микроскопом и от оптической и рентгеновской спектроскопии, где изучается химический состав. 2.Понятие об элементарной кристаллической решетке.Параметры ячейки.Базисное число,координационное число.

Металлы имеют кристаллические решетки различных типов. Каждая кристаллическая решетка может быть охарактеризована элементарной кристаллической ячейкой — наименьшим комплексом атомов, повторяя который многократно, можно построить весь кристалл. У металлов чаще всего встречаются три типа элементарных кристаллических ячеек: объемноцентрированная кубическая, гранецентрированная кубическая и гексагональная плотноупакованная . Для описания элементарной ячейки используют 6 величин : три отрезка равные расстояниям a,b,c до ближайших частиц по осям координат , и три угла меджу этими отрезками. Базисное число- количество частиц в элементарной ячейке. Координационное число- число ближайших равноудаленных частиц.