Металдардың кристалдық құрылысы

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Металдардың кристалдық құрылысы.

Зерттеулердің құрылыстық әдістері және жалпы сипаттамалары.

Металдардың кристалдық торларының ақаулары.

Орыстың ұлы ғалымы М. В. Ломоносов металға мынадай анытама берген: «Металл - жылтырауық, созымтал, қатты дене. Өзінің түсі ашық әрі соғуға көнеді. » Бұл анықтама осы күнге шейін маңызын жойған жоқ. Металдың бұл қасиеті алтын, күміс, мыс, калайы, темір, қорғасын секілді денелерге тән. Металл әрі жылу мен электр тогын өткізеді.

Металдар кішкентай атом бөлшектерінен, атом орталық немесе оң зарядталған ядро (ионнан) жене ядроны қоршаған ортада зарядталған электрондардын тұрады. Ядрода нейтрондар мезоны және оң зарядталған белшектер - протондар бар, олардың саны электрондар санына тең. Электрондар қозғалысы арқылы металдардың электр және жылу өткізгіштігін түсіндіруге болады.

Кеңістікте белгілі ретпен орналасқан атомдар кристалдық жазықтық құрайды. Ал атомдардың кристалдық торда орналасуы кристалдық ұяшық түрінде кескінделеді.

Металдарда көбінесе үш түрлі ұялық бар: көлемге негізделген куб, қабырғаға негізделген куб және гексагоналық.

Ұяшық төбесінде атомлар орын тебелі. Атомдар орынды тордың ішінен де және бүйірінен де ала алалы.

Кристалдық торлардың кеңістік мөлшері болады. Тордың периодтері бар. Периодтері ангстреммен өлшенеді (I =1. 10 ^-8 см. ) . Көршілес екі атомның арасы металда 2, 8-6 -ға тең.

Кристалдық тордың тығыздығы үйлесімді сандармен анықталады. Атомдар кристаллық торда өзара әртүрлі байланыстармен біріккен. Ең көп таралған - метадлық байланыс. Тордың түйінінде тұратын атомдар өзінің сыртқы (валенттік) электронын беріп, оң зарядталған ионға айналады. Электрондар оң зарядталған ионға оңай өтеді, соның салдарынан иондар мен электрондар арасында үздіксіз байланыс сақталады. Бұл байланыс металлық дел аталады. Иондар әр уақытта орталық нүкте айналасында қозғалады. Ал атомдар орын ауыстырғанда кейбір байланыстар бос қалуы мүмкін. Атомдардың тербелмелі қозғалысы температураға байланысты. Температура жоғарылаған сайын атомның тербеліс амплитудасы арта түседі.

Қатты және сұйық металдарының иондары арасында тепе-теңдік сақталады және де мұнда бірнеше электрондар бос күйінде қалады. Бос электрондар көбейген сайын металдың жылу және электр тогын өткізгіштігі күшейе түседі.

Ион мен электрон арасындағы тепе-теңдік Кристалдық тордың бұзылуына кедергі жасайды. Балқу температурасында металл кескіні бойынша қатты күйге жақын. Температураның өсуі мен атомдар арасындағы байланыс біртіндеп босап, атомдардың тербеліс амплитудасы өседі де, атомдар түйіннен қозғала бастайды. Температура жоғарылаған сайын Кристалдық тордың төбесінде көптегсн саңылаулар пайда болады. Сұйық күйге айналғанда атомдардың тордың торабындағы орналасу тәртібі бұзылады.

Тор кескіні бұзылса да, атомдардың тербелмелі қозғалысы сақталады. Сондықтан да температураның жоғарылауы мен кристалдық құрылымның бұзылуы балқу процесінің негізі деуге болады. Металдардың балқу температурасы, яғни қатты күйден суық күйге өту температурасы әртүрлі металдарда әр қилы.

Аллотропия (полиморфизм) . Бір ғана металдың түрлі температурадағы бірнеше түрі кристалдық торға иеленуші полиморфизм немесе аллотропия деп аталады. Аллотропиялық түрдегі кристалды ажырата білу үшін оларды гректің әріптерімен белгілейді: альфа (α), бета (β), гамма (γ), дельта (δ), т. б. Мұндағы «альфа» өте төменгі температурадағы кристалды белгілейді. Темірдің екі түрлі аллотропиясы бар, яғни α және γ. Жаңғыртудан басқаға ауысу температурасын аллотропиялық өту температурасы дейді. 768 ⁰ С-тен асса температурада (Кюри нүктесі) темір кристалдық торын өзгертпей, магниттік қасиетін береді. Егер де 768 ⁰ С-тен асса темір магниттік қасиетін жояды.

Анизотропия - таза кристалдың қасиеті. Кристалл торы қорытпаның суынуынан пайда болған, әртүрлі бағытта біркелкі емес. Бұл құблыс анизотропия деп аталады. Аморфтық денелер ылғи изотропты, яғни олардың қасиеті әртүрлі бағытта біркелкі. Таза кристалдарда көп ақаулар немесе жетілмеген қасиеттер баршылық олар үшке бөлінеді: нүктелік, сызықтық және беттік.

Ақаулар түрлері: 1) саңылаулар атомдық тордың түйінінде орналаспаған; 2) атомдардың орын ауыстыруы түйіндер арасында, кристалл торының жазықтығында; 3) бөтен атомдар. Осы ақаулардың барлығы тордың дұрыстығын бұзады.

Атомдардың жылулық қозғалысының салдарынан торда саңылаулардың жиналуы мүмкін, аралық атомдар, бөтен атомдар жылу қозғалысының энергиясын бір жерге жинауына әкеп соғады және атомдардың орналасуын тығыздандырады. Бұл құбылысты флуктуация деп атайды. Атомдарды орнынан қозғайтын қоспаларды және саңылауды тудырушы энергияны активизация энергиясы деп атайды, ал атомдардың бір орнынан басқаға өтуін активизация әсерінен пайда болған өздік диффузия процесі дейді. Сызықтық ақау ұзындық бойынша таралады. Олар нүктелік саңылаудың тізбегінен және басқа ақаулардан тұруы мүмкін. Сызықтық ақаулар қатарына дислокация, яғни кристалл құрылымының жетімсіздігі жатады.

Дислокация. Дислокацияның пайда болуы былайша түсіндіріледі. Күштің әсерінен металдың кейбір бөлігінде атомдардың жылжуы өрбиді делік. Атомдардың орнынан жылжуы акырын және біртіндеп болады, металда сыну, тағы басқа өзгерістер аралас облыста болмайды. Жылжыған бөліктің шекарасында және өзгеріссіз калған облыста жетімсіздіктің пайда болатын жері дислокация деп аталады.

Дислокация шеттік (сызықтық), бұрандалы, қисық сызықты. Егер де крситалл бөлігі атомдық аралыққа жылжыса, барлық жылжу жазықтығында емес, тек оның бөлігінде ғана шеттік, параллель жылжығанда бұрандалы дислокация пайда болады. Қисык сызықты күрделі дислокация шеттік және бұрандалы дислокациядан тұрады.

Дислокацияны бірнеше мың есе үлкейтілген электрондық микроскоп арқылы көруге болады.

Кристалдану. Жоғарыда айтылғандай, әртүрлі температурада металл әртүрлі кристалдық торға ие болуы мүмкін. Кристалдық тор (кристалдар) металда сұйық күйден катты күйге өткенде пайда болады. Бұл процесті кристалдану дейді. Кристалдану қатты күйде де болуы мүмкін. Мұндай процесті қайта кристалдану дейді.

Алғашқы рет кристалдану процесін зерттеп, ойлап тапқан - Д. К. Чернов. Кристалдану екі процестен тұрады. Бірінші процесс нәтижесі - кішігірім бөлшекті кристалдардың пайда болуы. Екінші процесс - кристалдану орталығынан кристалдардың жан-жаққа тарауы. Кристалдану басталуының негізгі себебі - температураның және әр жерде әлі қатпаған металдың химиялық құрамының біртекті еместігі. Бұл атомдардың жиналуына мүмкіндік тудырады, олардың жылжуы сұйық металда саңылаудың көп болу салдарынан. Атомдардың жиналуы кристалдану орталығының өзінен өзі пайда болуына әсер етеді. Температураның төмендеуімен қоса, кристалдану орталығының саны арта бастайды және онымен бірге кристалдар өседі. Кристалдану орталығының санын өсіру үшін қорытпаларды жаңғырту (яғни басқа заттарды қосу) арқылы кристалдану орталығын тудырушы арнаулы әдістер табылған. Мысалы, шойынды кремниймен жаңғырту, болатты титанмен кристалдандыру процесінде кристалл сұйық металмен қоршалып дұрыс формаға ие болады, бірақ кристалдар ұлғайған сайын бір-бірімен әсерлеседі, сондықтан олардың дұрыс формасы бұзылады, кристалиттер немесе түйіршік зерно (дәнек) дегеніміз - бұрыс формалы кристалдар. Ажарлау, жылтырату және қышқылмен улау арқылы өңделген металл кесегінен микроскоппен көп түйіршікті көреміз. Мұндай металл құрылысы поликристалдық (түрлі кристалл) деп аталады (1-сурет) .