Металлические кристаллы (МК)

Лекция № 2

МЕТАЛЛЫ.  МЕТАЛЛИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ. СТРУКТУРА

Сегодня металлы -  самый главный конструкционный материал, благодаря удачному сочетанию противоположных свойств.

Достоинства:

- высокая пластичность

- высокая вязкость разрушения

- высокая коррозионная и эрозионная стойкость

- низкая чувствительность к поверхностным дефектам

- низкая чувствительность к изменениям температуры и тепловым ударам

- высокие значения тепло- и электропроводности

- высокие демпфирующие свойства

-высокий предел выносливости

- высокая технологичность

Недостатки:

- высокий КЛТР

- низкая прочность и жесткость

- высокое реакционное взаимодействие (по сравнению с полимерами)

 

Свойствами металлов обладают более 90 элементов из 118 известных Периодической  таблицы хим. элементов  Д.И. Менделеева.

 

Особенность металлов - способность к образованию металлической связи (МС), которая определяет их ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ свойства.

Все кристаллы по характеру превалирующей связи условно подразделяют на молекулярные, ковалентные, металлические и ионные.

 

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ   КРИСТАЛЛЫ (МК)

Кристаллы, в которых между частицами преобладает молекулярная связь,, называют молекулярными.

МК образуют инертные газы, двухатомные газы Н₂, N₂, Cl₂, кристаллы Н₂О, СО₂ и др.

В узлах МК находятся атомы, которые имеют полностью достроенные энергетические уровни, а поэтому при сближении атомов (молекул) обмен электронами невозможен. Возникновение сил притяжения между атомами объясняют их мгновенной поляризацией при сближении (силы Ван-дер-Вальса)

 

Молекулярная связь характеризуется ненаправленностью.

Вследствие этого атомы в МК укладываются некомпактно.

 

МК - диэлектрики, так как кристалл построен из электрически нейтральных атомов (молекул), у которых энергетические зоны полностью достроены.

КОВАЛЕНТНЫЕ КРИСТАЛЛЫ (КК)

Кристаллы, в которых преобладает ковалентный тип связи, называют ковалентными.

КК образуют элементы:   С, Si, Ge, SiC, NiAl и др.

В узлах КК находятся атомы, которые имеют недостроенные валентные энергетические уровни. При взаимодействии атомы обобществляют свои валентные электроны с соседними атомами, достраивая таким образом валентную зону. Каждая связь образуется парой электронов, движущихся по замкнутым орбитам между двумя атомами.

Ковалентная связь характеризуется направленностью.

Вследствие этого атомы в КК укладываются некомпактно.

КК- это полупроводники и диэлектрики.

ИОННЫЕ КРИСТАЛЛЫ (ИК)

Кристаллы, в которых преобладает ионный тип связи, называют ионными.

ИК – это сложные кристаллы, состоящие из элементов различной валентности – FeO, NaCl, NaF и др.

 

При сближении атомов и перекрытии валентных энергетических зон между элементами происходит перераспределение электронов: электроположительный элемент теряет валентные электроны, превращаясь в положительный ион, а электроотрицательный — приобретает их, достраивая тем самым свою валентную зону до устойчивой конфигурации.

ИК - это полупроводники и диэлектрики.

 

Для всех неметаллов характерны три вышеназванные типы связей! Это жесткие связи. Только металлический тип связи обуславливает способность металлов к пластической деформации

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КРИСТАЛЛЫ (МК)

Кристаллы, в которых преобладает металлический тип связи, называют металлическими кристаллами.

Атомы элементов, обладающих МС, содержат мало электронов на внешних уровнях (1-2). Вследствие малой плотности электронов на внешних уровнях атомы металлов, в процессе кристаллизации легко сближаются и обобщают электроны. Электроны становятся общими, не привязанными к конкретному иону и могут принадлежать всем атомам данного кристалла или даже куска металла.

Металлическая связь характеризуется ненаправленностью.

Вследствие этого атомы в КК укладываются компактно.

МК – это проводники.

 

Рис. 1 Металлическая кристаллическая решетка