1.) Атомно-кристаллическая структура металлов

Под атомно-кристаллической структурой понимают взаимное расположение ато-мов (ионов), существующее в реальном кристалле.

Между ионами и коллективизированными электронами проводимости возникают электростатические силы притяжения, которые стягивают ионы. Такая связь называется ме-таллической.

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 при-тяжения.

Поэтому в металле атомы располагаются закономерно, образуя правильную кри-сталлическую решетку, что соответствует минимальной энергии взаимодействия атомов.

Наименьший объем кристалла, дающий представление об атомной структуре металла в любом объеме, получил название элементарной 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 назы-ваются периодами решетки. Периоды решетки для большинства металлов находятся в пре-делах 0,1 - 0,7 нм (1 нм = 10-9 см.).

Плотность кристаллической решетки - объема, занятого атомами, которые можно ус-ловно рассматривать, как жесткие шары характеризуются координационным числом, под ко-торым понимают число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от дан-ного атома. Чем выше координационное число, чем больше плотность упаковки атомов.

В элементарной ячейке ОЦК наименьшее расстояние между атомами соответствует d = 0,5 а 3 ½. На этом расстояние от данного атома находятся 8 соседей (рис.3 а), следователь-но, координационное число для ОЦК решетки соответствует 8 и обозначается К8. Коэф-фициент 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 2 ½. ГПУ решетка, для которой с/а = 1,633, имеет координационное число 12 (Г12) (рис. 3 в), что также соответствует наиболее плотной упаковке. Если отно-шение 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 координацион-ного числа, так при этом увеличивается пространство между атомами. Поэтому атомные ра-диусы разных металлов обычно приводятся к К12.

Анизотропия свойств металлов. Нетрудно видеть, что плотность расположения ато-мов по различным плоскостям неодинакова. Вследствие неодинаковой плотности атомов в различных плоскостях и направлениях решетки свойства (химические, физические, механи-ческие) каждого монокристалла зависят от направления вырезки образца по отношению к направлениям в решетке. Подобная неодинаковость свойств монокристалла в разных кри-сталлографических направлениях называют анизотропией.

Кристалл – тело анизотропное в отличие от аморфных тел, свойства которых не зависят от направления.