1. Общая характеристика металлов. Металлический тип межатомной связи. Атомно-кристаллическое строение металлов. Полиморфизм.

Металлы, их основные свойства. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся: высокая тепло- и электропроводность; положительный температурный коэффициент электрического сопротивления; повышенная способность к пластической деформации; хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск); термоэлектронная эмис-сия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве, кристаллическое строение.

Металлический тип связи.

Общность первых четырех свойств металлов обусловлена особым типом межатомной связи, называемой металлической связью.

Известно, что атом состоит из положительного ядра и отрица¬тельных частиц — электронов. Внешние (валентные) электроны металлов в отличие от неметаллов слабо связаны с ядром. Поэтому атомы металлов легко теряют валентные электроны, превращаясь в ионы, в освободившиеся электроны образуют так называемый электронный газ.

Металлическая межатомная связь не имеет направленного характера. Электроны электронного газа не связаны с отдельными атомами, а в одинаковой степени принадлежат всем ионам металла. Металл состоит из правильно расположенных в пространстве ионов и легко перемещающихся среди них обобщенных элек¬тронов.

Наличие металлической связи и легкоподвижных коллективи¬зированных электронов объясняет характерные свойства металлов.

Атомно-кристаллическое строение металлов и сплавов. Вещество в твердом состоянии может иметь кристаллическое или аморфное строение. В аморфном веществе, например стекле, атомы расположены беспорядочно, а в кристаллическом — по геометри¬чески правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга.

Общим свойством металлов и сплавов является их кристалли¬ческое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сет¬кой с ионами (атомами) в узлах.

Атомно-кристаллическая структура может быть представлена изображением не ряда периодически повторяющихся объемов, а с одной элементарной ячейкой. Элементарной ячейкой называется ячейка, повторяющаяся во всех трех измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести струк¬туру кристалла.

Основные типы кристаллических решеток. Наиболее часто металлы имеют кристаллические решетки следующих типов: Кубическая объемно-центрированная или сокращенно ОЦК (свинец, вольфрам) 9 атомов; Кубическая гранецентрированная (ГЦК) (серебро, золото) 14 атомов; гексагональная плотно-упакованная (ГПУ) (магний, цинк).

Решетки ГЦК и ГПУ более компактны, чем ОЦК.

Полиморфизм металлов. Некоторые металлы при разных температурах могут иметь различную кристаллическую решетку. Способность металла суще¬ствовать в различных кристаллических формах носит название полиморфизма или аллотропии. Известны полиморфные превращения железа, титана и других элементов.

Температура превращения одной кристаллической модифика¬ции в другую называется температурой полиморфного превра¬щения.

При полиморфном превращении меняется форма и тип кри¬сталлической решетки. Это явление называется перекристалли¬зацией. α,β,γ,δ –обозначение полиморфных превращений (модификации). Тα (титан α)↔ Тβ (титан β) при тем-ре 882.

Полиморфные превращения сопровождаются скачкообразными изменениями свойств Ме: удельный объем, теплопроводность, электрическая проводимость, мех-е св-ва, физ-е св-ва. При температурах ниже 911 °С устойчиво Feα, имею¬щее кристаллическую решетку ОЦК. Выше 911 °С до 1392 °С устойчиво Feγ, имеющее решетку ГЦК. При нагреве выше 911 °С атомы решетки ОЦК перестраиваются, образуя решетку ГЦК. На явлении полиморфизма основана термическая обработка.