Металлические твердые тела

Металлические твердые частицы, такие как кристаллы меди, алюминия и железа, образуются атомами металла. Структура металлических кристаллов часто описывается как равномерное распределение атомных ядер в «море» делокализованных электронов. Атомы в таком металлическом твердом веществе удерживаются вместе уникальной силой, известной как металлическое соединение, что приводит к множеству полезных и разнообразных сыпучих свойств.

Все металлические твердые частицы обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью, металлическим блеском и ковлеемостью. Многие из них очень трудны и довольно сильны. Из-за своей ковлемости (способности к деформации под давлением или удару) они не осколки и, следовательно, делают полезные строительные материалы. Точки плавления металлов сильно различаются. Ртуть является жидкостью при комнатной температуре, а щелочные металлы расплавляются при температуре ниже 200 °C. Несколько металлов после перехода также имеют низкие точки плавления, в то время как переходные металлы плавляются при температурах выше 1000 °C. Эти различия отражают различия в прочности металлического соединения между металлами.

Свойства металлических твердых частиц

Благодаря своей кристаллической структуре металлические твердые тела обладают некоторыми уникальными свойствами, связанными со структурой, и были приведены в таблице ниже.

Кристаллическая структура металлических твердых тел: Закрытоупаковочная

Твердые тела, изготовленные из идентичных атомов, могут иметь два типа аранжировки: Квадратные или плотно упакованные (рисунок 1). Так как близкое уплотнение максимально увеличивает общую площадь аттракционов между атомами и минимизирует общую межмолекулярную энергию, атомы в большинстве металлов упаковываются таким образом.

Рисунок 1. Квадратная или закрыто-упакованная компоновка.

В простых металлических кристаллических конструкциях мы находим два типа ближайшей упаковки: Шестиугольная ближайшая упаковка (НХО) и кубическая ближайшая упаковка (ККП). Оба состоят из повторяющихся слоев шестиугольно расположенных атомов. В обоих типах второй слой (B) размещается на первом слое (A) таким образом, чтобы каждый атом второго слоя соприкасался с тремя атомами первого слоя. Третий слой расположен одним из двух способов.

В HCP атомы в третьем слое находятся непосредственно над атомами в первом слое (т.е. третий слой также является типом A), а стекирование состоит из чередующихся слоев типа A и типа B с близко упакованными слоями (например, ABABAB⋯) (рис. 2a).

В CCP атомы третьего слоя не выше атомов в одном из первых двух слоёв (то есть третий слой — тип C), а стекирование состоит из чередующихся слоев типа A, типа B и типа C, плотно упакованных слоев (то есть ABCABCABCABC⋯) (рисунок 2b). Cubic face-центрированные (FCC) и CCP механизмы фактически являются теми же структурами с компактной упаковкой атомов, занимая 74% объема.

Рисунок 2. (A) шестиугольная упаковка состоит из двух чередующихся слоев (ABABAB…). (b) Cubic close-packing состоит из трех чередующихся слоев (ABCABCABCABC…).

В обоих типах упаковки каждый атом контактирует с шестью атомами в собственном слое, тремя в слое выше, и тремя в слое ниже. Таким образом, каждый атом соприкасается с 12 ближними соседями и поэтому имеет координационный номер 12.

Около двух третей всех металлов кристаллизуются в самых близко расположенных массивах с координационным числом 12. Металлы, кристаллизованные в структуре HCP, включают CD, Co, Li, Mg, Na, И Zn, а также металлы, кристаллизованные в структуре CCP, включают AG, Al, Ca, Cu, Ni, Pb, и Pt.

Этот текст был адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., Sections 10.5 Solid State of Matter и 10.6 Lattice-структур в кристаллических солидах.