Расположение атомов в металлах

Кристаллическое строение металлов

Лекция 2

Почти все металлические изделия являются поликристаллами, т. е. состоят из огромного числа мелких кристалликов или зерен. Микроанализ позволяет увидеть границы зерен, оценить их размер и форму. В электронике, вычислительной технике широко применяются единичные, специально выращенные кристаллы – монокристаллы.

В каждом зерне атомы (ионы) расположены закономерно, образуя пространственную кристаллическую решетку. Такая решетка представляет собой систему линий, соединяющих центры соседних атомов. На самом деле этих линий в кристалле нет, атомы имеют шарообразную форму и соприкасаются внешними электронными оболочками. Но чтобы яснее представить расположение атомов в кристалле, удобно изображать только центры тяжести атомов (в виде точек или кружков) и соединять их линиями, означающими межатомную связь (рис. 2).

Рис. 2. Схема кристаллического строения металлов

Данные о межатомном расстоянии и взаимном расположении атомов в кристалле получают с помощью рентгеноструктурного анализа. Непосредственно наблюдать строение атомных плоскостей можно в современном электронном микроскопе (сканирующем туннельном или атомно-силовом).

Что удерживает атомы в кристалле?

Атомы в кристалле расположены на строго определенном расстоянии, на котором энергия взаимодействия между ними минимальна. Силы притяжения и отталкивания между двумя соседними атомами с увеличением расстояния уменьшаются. Но это уменьшение не одинаково: силы отталкивания уменьшаются быстрее. Равнодействующая сила проходит через нуль при некотором межатомном расстоянии d ₀. На этом расстоянии силы притяжения и отталкивания уравновешиваются: F _пр = F _отт (рис. 3, а), а энергия связи E _св минимальна

(рис. 3, б). Поэтому кристалл термодинамически стабилен.

Рис. 3. Зависимость сил межатомного взаимодействия (а)

и энергии взаимодействия (б) от расстояния между атомами

Каждое кристаллическое вещество имеет свое значение энергии связи, это важнейшая термодинамическая характеристика кристалла. От величины энергии связи зависят температура плавления T_s, модуль упругости E, температурный коэффициент линейного расширения e_л.

Дата добавления: 2014-01-11