§ 6. Атомно-кристалічна будова металів.

Типи кристалічних решіток.

Під атомно-кристалічною структурою розуміють взаємне розташування атомів, що існує в кристалі. Кристал складається з атомів(іонів), розташованих у певному порядку, що періодично повторюється в трьох вимірах.

Для опису атомно-кристалічної структури користуються поняттям просторової або кристалічної решітки.

Кристалічна решітка являє собою уявлювану просторову сітку, у вузлах якої розташовуються атоми(іони), що утворять метал.

Найбільший об'єм кристала, що дає подання про атомну структуру металу в повному обсязі, наз. елементарним кристалічним осередком.

Кристалічні решітки металів можуть бути різних типів.

Кристалічні решітки, у яких на частку одного елементарного осередку доводиться один атом, наз. простими. Решітки, у яких на частку одного елементарного осередку доводиться кілька атомів, наз. складними.

Метали утворять наступні складні решітки:

• кубічну объемно-центрированную (ОЦК)

• кубічну гранецентрированную (ГЦК)

• гексагональну плотноупакованную (ГПУ).

У кубічній объёмно-центрированной решітці атоми розташовані у вузлах осередку й один атом у центрі куба.

Цю решітку мають наступні метали:

K, Na, Li, W, V, Fe_α, Cr, Ba, і ін.

У кубічної гранецентрированной решітці атоми розташовані у вузлах решітки й у центрі кожної грані.

Цю решітку мають наступні метали:

Ca, Pb, Ni, Ag, Au, Fe_γ, Cu, Co_α, і ін.

У гексагональній решітці атоми розташовані у вузлах , центрі шестигранних підстав призми й три атоми в середній частині призми.

Цю решітку мають наступні метали:

Mg, Ti, Cd, Zn, Co_β, Be, Ca_α, і ін.

Розміри кристалічної решітки характеризуються величинами періодів, під якими розуміють відстань між найближчими паралельними атомними площинами, що утворять елементарний осередок.

Період або параметр решітки виміряється в ангстремах (1А⁰=10^-8 див) і перебуває в межах від 1 до 7 А⁰.

Параметри кубічних решіток характеризуються довжиною ребра куба й позначаються буквою а.

Для характеристики гексагональної решітки приймають два параметри - сторону шестигранника а й висоту призми с.

Щільність кристалічної решітки , тобто об'єм, зайнятий атомами, характеризується координаційним числом, під яким розуміють число атомів, що перебувають на рівній і найменшій відстані від даного атома.

В ОЦК від даного атома в центрі куба на рівній відстані перебуває 8 атомів. Координаційне число ДО8, коефіцієнт заповнення осередку, обумовлений як відношення об'єму, зайнятого атомами, до об'єму осередку становить 68%.

У ГЦК від атома в центрі грані на рівній відстані перебуває 12 атомів – ДО12 (4 у вузлах і 8 у центрі граней двох решіток).

У ГПУ також 12 від центрального в підставі (по 3 у центрі й 6 у підставі осередків) ДО12.

ГЦК і ГПУ - (с/а=1,633) - решітки найбільш компактні, у них коефіцієнт заповнення об'єму атомами дорівнює 74%.

У кожній решітці можна визначити кількість атомів, що доводяться на кожний елементарний осередок:

ОЦК – 2 атоми (один у центрі куба, у вузлах решітки кожний атом доводиться на 8 осередків, тому на кожний осередок доводиться 1/88+1=1+1=2).

ГЦК – 4 атоми(1/88=1+3 атоми в центрі граней, тому що кожна грань належить двомосередкам).

ГПУ – 6 атомів( 3 у центрі + 1/612 у вузлах + 1/22 у центріпідстав = 6).