Аллотропия, или полиморфные превращения

 

Некоторые металлы при разных значениях температуры могут иметь различную кристаллическую решетку.

Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура) носит название аллотропии, или полиморфизма.

Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение, или модификацию. Аллотропические формы обычно обозначают начальными буквами греческого алфавита α, β, γ, δ и т.п.

Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).

Так, при значении температуры ниже 911 °CустойчиварешеткаОЦК – Fe_α; в интервале значений температур 911 – 1392 °Cустойчива решетка ГЦК – Fe_γ; в интервале значений температур 1392 – 1539 °Cустойчива решетка ОЦК – Fe_δ; (высокотемпературная Fe_α).

Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначаются буквами греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.

Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких значениях давления образуется графит, а при высоких – алмаз.

Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы термической обработкой.

Переход из одной полиморфной формы в другую сопровождается изменением свойств. Например, плотность Fe_γ  на 3 % больше плотности Fe_α, а их удельный объем соответственно меньше. Эти изменения объема нужно учитывать при термической обработке.

 

Магнитные превращения

 

Некоторые металлы намагничиваются под действием магнитного поля. После удаления магнитного поля они обладают остаточным магнетизмом. Это явление впервые обнаружено на железе и получило название ферромагнетизма. К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и некоторые другие металлы.

При нагреве ферромагнитные свойства металла уменьшаются постепенно: вначале слабо, затем резко, и при определённом значении температуры (точка Кюри) исчезают (точка Кюри для железа – 768 °С). Выше этого значения температуры металлы становятся парамагнетиками. Магнитные превращения не связаны с изменением кристаллической решетки или микроструктуры, они обусловлены изменениями в характере межэлектронного взаимодействия.

Тестовые задания

 

1. Железо и его сплавы принадлежит к группе металлов и сплавов:

а) к тугоплавким; б) к черным; в) к диамагнетикам; г) к металлам с высокой удельной прочностью.

2. К черным металлам (сплавам) относятся:

а) латунь; б) коррозионно-стойкая сталь; в) баббит; г)дюралюмины.

3. Металлы с температурой плавления выше температуры плавления титана называют:

а) тугоплавкими;  б) благородными; в) черными; г) редкоземельными.

4. Вольфрам относится:

а) к актиноидам; б) к благородным; в) к редкоземельным; г) к тугоплавким.

5. Следующие тугоплавкие металлы содержатся в группе:

а) никель, алюминий; б) титан, актиний; в) молибден, цирконий; г) вольфрам, железо.

6. Магний относится к группе металлов (сплавов):

а) к легкоплавким; б) к благородным; в) к легким; г) к редкоземельным.

7. Только легкие металлы содержатся в группе:

а) титан, медь; б) серебро, хром; в) алюминий, олово; г) магний, бериллий.

8. Только легкоплавкие металлы содержатся в группе:

а) индий, магний; б) олово, свинец; в) сурьма, никель; г) цинк, кобальт.

9. Одним из признаков металлической связи является:

а) скомпенсированность  собственных  моментов  электронов;  б) образование кристаллической решетки; в) обобществление валентных электронов в объеме всего тела; г) направленность межатомных связей.

10. Отсутствие направленности межатомных связей может быть объяснено свойством металлов:

а) парамагнетизмом; б) электропроводностью; в) анизотропностью; г) высокой компактностью.

11. Исключительно металлам принадлежит признак:

а) металлический блеск; б) наличие кристаллической структуры; в) высокая электропроводность; г) прямая зависимость электросопротивления от температуры.

12. Высокая теплопроводность металлов объясняется:

а)  наличием   незаполненных   подуровней  в  валентной  зоне; б) взаимодействием ионов, находящихся в узлах кристаллической решетки; в) дрейфом электронов; г) нескомпенсированностью собственных моментов электронов.

13. Домен – это:

а) единица размера металлического зерна; б) область спонтанной намагниченности ферромагнетика; в) вид дефекта кристаллической структуры; г) участок металлического зерна с ненарушенной кристаллической решеткой.

14. Э лементарная кристаллическая ячейка – это:

а) тип кристаллической решетки, характерный для данного химического элемента; б) минимальный объем кристаллической решетки, при трансляции которого по координатным осям можно воспроизвести всю решетку; в) кристаллическая ячейка, содержащая один атом; г) бездефектная (за исключением точечных дефектов) область кристаллической решетки.

15. Базис кристаллической решетки – это:

а) минимальный объем кристаллической решетки, при трансляции которого по координатным осям можно воспроизвести всю решетку; б) расстояние между соседними одноименными кристаллическими плоскостями; в) число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома; г) совокупность значений координат всех атомов, входящих в элементарную ячейку.

16. Свойство, состоящее в способности вещества существовать в различных кристаллических модификациях, – это:

а) полиморфизм; б) изомерия; в) анизотропия; г) текстура.

17. Характеристика кристаллической решетки, определяющая число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома, – это:

а) базис решетки; б) параметр решетки; в) коэффициент компактности; г) координационное число.

18. К росту плотности вещества приведет изменение характеристик кристаллической решетки:

а) увеличение параметров решетки; б) уменьшение количества пор в элементарной ячейке; в) увеличение числа атомов в ячейке; г) увеличение координационного числа.

19. Характеристика кристаллической решетки, определяющая отношение объема атомов, приходящихся на элементарную ячейку, к объему ячейки, – это:

а)коэффициент  компактности; б) координационное  число; в) базис решетки; г) параметр решетки.

20. Элементарной ячейке принадлежит следующее число атомов (рис. 1.4):

а) 8; б) 6; в) 4; г) 14.

21. Химическая формула сплава с кристаллической решеткой (рис. 1.5):

а) А₂В; б) А₈В; в) А₄В; г) АВ.

- компонент А - компонент В

         Рис. 1.4                               Рис. 1.5

22. Явление, заключающееся в неоднородности свойствматериала в различных кристаллографических направлениях – это:

а) изотропность; б) анизотропия; в) текстура; г) полиморфизм.

23. А низотропией обладают:

а) аморфные материалы; б) ферромагнитные материалы; в) поликристаллические вещества; г) текстурованные поликристаллические материалы

24. Анизотропией обладают:

а) парамагнетики; б) монокристаллы; в) вещества, обладающие полиморфизмом; г) переохлажденные жидкости.