Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 3. Кристаллическое строение металловВсе вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном, переходы между которыми (так называемые фазовые переходы) сопровождаются скачкообразными изменениями свободной энергии Реализация того или иного агрегатного состояния вещества зависит главным образом от температуры и давления, при которых оно находится (рис. 5). Важной характеристикой является отношение средней потенциальной энергии взаимодействия атомов В газах межмолекулярные (атомы в газах объединены в молекулы N, и т. д.) расстояния большие, молекулы практически не взаимодействуют друг с другом и, свободно двигаясь, заполняют весь возможный объем. Таким образом, для газа характерно отсутствие собственного объема и формы.
Рис. 5. Диаграмма состояния вещества в зависимости от давления и температуры
Рис. 6. Кристаллическая решетка (выделена элементарная ячейка с параметрами Жидкости и твердые тела относят к конденсированному состоянию вещества. В отличие от газообразного состояния у вещества в конденсированном состоянии атомы расположены ближе друг к другу, что приводит к их более сильному взаимодействию и, как следствие этого, жидкости и твердые тела имеют постоянный собственный объем. Для теплового движения атомов в жидкости характерны малые колебания атомов вокруг равновесных положений и частые перескоки из одного равновесного положения в другое. Это приводит к наличию в жидкости только так называемого ближнего порядка в расположении атомов, т. е. некоторой закономерности в расположении соседних атомов на расстояниях, сравнимых с межатомными. Для жидкости в отличие от твердого тела характерно такое свойство, как текучесть. Атомы в твердом теле, для которого в отличие от жидкого тела характерна стабильная, постоянная собственная форма, совершают только малые колебания около своих равновесных положений. Это приводит к правильному чередованию атомов на одинаковых расстояниях для сколь угодно далеко удаленных атомов, т. е. существования так называемого дальнего порядка в расположении атомов. Такое правильное, регулярное расположение атомов в твердом теле, характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях (рис. 6), образует кристаллическую решетку, а тела, имеющие кристаллическую решетку, называют твердыми телами. Кроме того, существуют аморфные тела (стекло, воск и т. д.). В аморфных телах атомы совершают малые колебания вокруг хаотически расположенных равновесных положений, т. е. не образуют кристаллическую решетку. Аморфное тело находится с термодинамической точки зрения в неустойчивом (так называемом метастабильном) состоянии и его следует рассматривать как сильно загустевшую жидкость, которая с течением времени должна закристаллизоваться, т. е. атомы в твердом теле должны образовать кристаллическую решетку и превратиться в истинно твердое тело. Для аморфного тела характерна изотропия свойств (одинаковые свойства по разным направлениям), а также отсутствие точки плавления, т. е. при повышении температуры аморфное тело размягчается Эти особенности вызваны отсутствием у аморфного тела дальнего порядка в расположении атомов, однако ближний порядок имеется. Таким образом, аморфное тело правильнее рассматривать как жидкость в переохлажденном, метастабильном состоянии с очень высоким коэффициентом вязкости.
Рис. 7. Схема сил взаимодействия (а) и потенциальной энергии взаимодействия (б) между атомами в зависимости от расстояния Аморфное состояние образуется при быстром Какие силы удерживают атомы в твердом теле. Между атомами, образующими кристаллическое твердое тело, существуют силы притяжения, которые уравновешиваются на расстояниях порядка Соответственно при Природу отталкивания атомов в различных твердых телах можно считать одинаковой: на больших расстояниях основную роль играют кулоновские силы отталкивания положительных ионов (ядер), а на меньших расстояниях главную роль играют силы отталкивания, возникающие вследствие перекрытия заполненных электронных оболочек сближенных атомов. Силы притяжения (силы связи) в твердых телах существенно отличаются по своей природе. Обычно рассматривают четыре основных типа связи в твердых телах: металлическую, ионную, ковалентную и связь Ван-дер-Ваальса. В большинстве случаев связи в твердых телах носят смешанный характер. В металлах и сплавах определяющее значение имеет металлический тип связи. Связь в металлах обусловлена взаимодействием положительных ионов с коллективизированными электронами. Свободные электроны проводимости, находясь между ионами, как бы «стягивают» их, компенсируя силы отталкивания. У ряда металлов (например, переходных) определенный вклад вносит также ковалентная связь, при которой объединяются два атома, временно передающие друг другу валентный электрон и удерживаемые поэтому силами электростатического притяжения. При ионной связи соседние атомы уже постоянно обменялись электронами.
|
1 |
Оглавление
|