Металлические твердые тела

Металлические твердые вещества, такие как медь, алюминий и золото, представляют собой твердые тела, в состав которых входят атомы металлов, которые обычно удерживаются вместе прочными металлическими связями. В металлической связи электронные облака соседних атомов металла перекрываются, так что эти валентные электроны делокализованы по всему твердому телу. Металлические твердые тела иногда описывают как решетку неподвижных катионов металлов в море делокализованных электронов.

Это приводит к более гибкой внутренней структуре, чем у молекулярных или ионных твердых тел. Металлические твердые тела обычно могут изгибаться и деформироваться без разрушения в большей степени, чем другие твердые тела. Как показывают золото и ртуть, температуры плавления металлов широко варьируются в зависимости от прочности металлических связей.

Подвижные электроны также делают эти твердые тела отличными проводниками тепла и электричества. Атомы чистых металлических твердых тел обычно расположены, или упакованы"в одной из двух наиболее эффективных возможных конфигураций для сфер одинакового размера:гексагональной плотной упаковки или кубической плотной упаковки. В гексагональной плотной упаковке атомы металла расположены гексагонально в двух повторяющихся слоях, где атомы во втором слое занимают впадины первого слоя.

Третий слой является повторением первого слоя, что приводит к характерной упаковке из двух повторяющихся слоёв. Металлический цинк образует гексагональную плотноупакованную, или ГПУ, решетку. Его элементарная ячейка содержит два атома, не находящихся в узлах решетки.

В кубической плотной упаковке атомы расположены гексагонально в три повторяющихся слоя. Атомы в каждом четвертом слое выравниваются с атомами в первом слое, образуя характерное расположение из трёх повторяющихся слоёв. Металлическая медь имеет кубическую плотноупакованную решетку или решетку КПУ.

Эту решетку также называют гранецентрированной кубической, или ГЦК, поскольку она устроена так же, как гранецентрированная кубическая решетка с идентичными атомами в каждой точке решетки. В обоих типах упаковки каждый атом имеет координационное число двенадцать. При наложении ГПУ каждый атом находится в прямом контакте с шестью атомами из того же слоя, тремя из слоя выше и тремя из слоя ниже.