Строение металлов (кристаллическое)

    Дисциплина: Химия и физика
    Тип работы: Реферат
    Тема: Строение металлов (кристаллическое)

    Федеральное агентство по науке Российской Федерации

    Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого

    Кафедра химии и экологии

    Реферат по теме

    СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

    Выполнил:

    Студент гр. 6651

    Васильев Виталий

    Великий Новгород

    2007

    Содержание

    ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ…………………...…3

    КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ………………………………..5

    ДЕФЕКТЫ СТРОЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ…………………………..10

    ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ…………………………………………………….10

    ЛИНЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ……………………………………………………12

    ПОВЕРХНОСТНЫЕ ДЕФЕКТЫ…………………………………………...18

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………….22

    ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

    Металлы и их сплавы повсеместно используются для изготовления конструкций машин, оборудования, инструмента и т. д. Несмотря на широкий круг искусственно созданных материалов (керамики,

    клеев), металлы служат основным конструкционным материалом и в обозримом будущем по-прежнему будут доминировать.

    В природе металлы встречаются как в чистом виде, так и в рудах, оксидах и солях. В чистом виде встречаются химически устойчивые элементы (Pt, Au, Ag, Cu). Масса наибольшего самородка

    меди составляет 420 т, серебра — 13,5 т, золота — 112 кг. Из 111 открытых элементов, представленных в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева, 76 являются металлами, Si, Ge, As,

    Se, Te — промежуточными между металлами и неметаллами, иногда их называют полуметаллами. Все элементы, расположенные левее мысленной линии, проведенной от бора до астата (от № 5 до № 85)

    относятся к металлам, а правее — в основном, к неметаллам. Эта граница недостаточно четко выражена, так как среди элементов, расположенных вблизи границы, находятся и полуметаллы.

    Металлические материалы обычно делятся на две большие группы: железо и сплавы железа (сталь и чугун) называют черными металлами, а остальные металлы и их сплавы — цветными. Кроме того,

    все цветные металлы, применяемые в технике, в свою очередь, делятся на следующие группы:

    - легкие металлы Mg, Be, Al, Ti с плотностью до 5 г/см3;

    - тяжелые металлы Pb, Mo, Ag, Au, Pt, W, Та, Ir, Os с плотностью, превышающей 10 г/см3;

    - легкоплавкие металлы Sn, Pb, Zn с температурой плавления 232; 327; 410 °С

    - тугоплавкие металлы W, Mo, Та, Nb с температурой плавления выше, чем у железа (

    - благородные металлы Au, Ag, Pt с высокой устойчивостью против коррозии;

    - урановые металлы или актиноиды, используемые в атомной технике;

    - редкоземельные металлы (РЗМ) — лантаноиды, применяемые для модифицирования стали;

    - щелочные и щелочноземельные металлы Na, К, Li, Ca в свободном состоянии применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей в атомных реакторах; натрий также используется в

    качестве катализатора в производстве искусственного каучука, а литий — для легирования легких и прочных алюминиевых сплавов, применяемых в самолетостроении.

    Свойства металлов разнообразны. Ртуть замерзает при температуре минус 38,8 °С, вольфрам выдерживает рабочую температуру до 2000 °С (Т.пл. = + 3420 °С), литий, натрий, калий легче воды,

    а иридий и осмий — в 42 раза тяжелее лития. Электропроводность серебра в 130 раз выше, чем у марганца. Вместе с тем металлы имеют характерные общие свойства. К ним относятся:

    - высокая пластичность;

    - высокие тепло- и электропроводность;

    - положительный температурный коэффициент электрического сопротивления, означающий рост сопротивления с повышением температуры и сверхпроводимость многих металлов (около 30) при

    температурах, близких к абсолютному нулю;

    хорошая отражательная способность (металлы непрозрачны и имеют характерный металлический блеск);

    - термоэлектронная эмиссия, т. е. способность к испусканию электронов при нагреве;

    кристаллическое строение в твердом состоянии.

    КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ

    Общее свойство металлов и сплавов — их кристаллическое строение, характеризующееся определенным закономерным расположением атомов в пространстве. Для описания атомно-кристаллической

    структуры используют понятие кристаллической решетки, являющейся воображаемой пространственной сеткой с ионами (атомами) в узлах.

    Атомно-кристаллическая структура может быть представлена не рядом периодически повторяющихся объемов, а одной элементарной ячейкой. Так называется ячейка, повторяющаяся во всех трех

    измерениях. Трансляцией этого наименьшего объема можно полностью воспроизвести структуру кристалла (рис. 1.1).

    Рис. 1.1. Кристаллическая решетка

    В кристалле элементарные частицы (атомы, ионы) сближены до соприкосновения. Для упрощения пространственное изображение принято заменять схемами, где центры тяжести частиц представлены

    точками. В точках пересечения прямых линий располагаются атомы; они называются узлами решетки. Расстояния a, b и c между центрами атомов, находящихся в соседних узлах решетки, называют

    параметрами, или периодами решетки. Величина их в металлах порядка 0,1–0,7 нм, размеры элементарных ячеек — 0,2–0,3 нм.

    Для однозначного описания элементарной ячейки кристаллической решетки необходимо знание величин параметров a, b, c и углов между ними.

    В 1848 г. французский ученый Бравэ показал, что изученные трансляционные структуры и элементы симметрии позволяют выделить 14 типов кристаллических решеток.

    На рис. 1.2 показаны три типа элементарных ячеек кристаллических решеток, наиболее характерные для металлов: объемноцентрированная кубическая (ОЦК); гранецентрированная кубическая

    (ГЦК) и гексагональная плотноупакованная (ГП), а также схемы упаковки в них атомов.

    Рис. 1.2. Типы элементарных ячеек кристаллических решеток металлов и схемы упаковки в них атомов:

    а) гранецентрированная кубическая (ГЦК);

    б) объемноцентрированная кубическая (ОЦК);

    в) гексагональная плотноупакованная (ГП) решетка

    В кубической гранецентрированной решетке (ГЦК; А1) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани (рис. 1.2, б).

    В кубической объемноцентрированной решетке (ОЦК; А2) атомы расположены в вершинах куба, а один атом — в центре его объема (рис. 1.2, а).

    В гексагональной плотноупакованной решетке (ГП; А3) атомы расположены в вершинах и центре шестигранных оснований призмы, а три атома — в средней плоскости призмы (рис. 1.2, в).

    Для характеристики кристаллических решеток вводят понятия координационного числа и коэффициента компактности. Координационным числом называется число атомов, находящихся на наиболее

    близком и равном расстоянии от данного атома. Для ОЦК решетки координационное число равно 8, для решеток ГЦК и ГП оно составляет 12. Из этого следует, что решетка ОЦК менее компактна, чем

    решетки ГЦК и ГП. В решетке ОЦК каждый атом имеет всего 8 ближайших соседей, а в решетках ГЦК и ГП их 12.

    Если принять, что атомы в решетке представляют собой упругие соприкасающиеся шары, то нетрудно видеть, что в решетке, помимо атомов, имеется значительное свободное пространство.

    Плотность кристаллической решетки, т. е. объем, занятый атомами, характеризуется коэффициентом компактности.

    Коэффициент компактности Q равен отношению суммарного объема атомов, входящих в решетку, к объему решетки:

    где R — радиус атома ...

    Забрать файл

    Похожие материалы:


ПИШЕМ УНИКАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Заказывайте напрямую у исполнителя!


© 2006-2016 Все права защищены