Металл материалдары
Металдардың атомдық-кристалдық құрылысы
жүктеу/скачать 6.13 Mb.
|
| 1.2 Металдардың атомдық-кристалдық құрылысы
Нақты кристалдың атомдарының (иондарының) өзара орналасуы оның атомдық -кристалдық құрылымы деп аталады. Металл кристалын еркiн орналасқан электрондар құрайтын “газдың” қоршауындағы оң зарядты иондар жиынтығы деп қарастыруға болады. Электрондар мен иондар жиынтығының арасындағы байланыс электростатикалық күш арқылы іске асырылады. Мұндай байланыс металдық байланысқа жатады. Металдық байланыс күші иондар мен электрондар аралығындағы тебу және тартылу күшiмен анықталынады. Атомдар бiр-бiрiмен әрекеттесу энергиясы аз жұмсалатындай қашықтықта орналасады (3 - сурет). Атомдар бiр-бiрiне қашықтығынан жақын немесе қашықтығынан алыс орналасу үшін тебу немесе тартылу күшіне қарсылық көрсететін күш жұмсалуы керек. Сондықтан металдағы атомдардың өзара байланыс энергиясының аз жұмсалуына сәйкес дұрыс кристалдық тор құрып орналасуы заңдылық деп саналады. Кристалдық торды (4 - сурет) кеңістікте орналасқан иондар арқылы ойша жүргізілетін қосушы сызықтар мен жазықтықтардан тұрады деп қабылдауға болады. Кристалдық тор құрылысын толық бейнелеу үшін оның бір дара бөлігін алып, бір жазықтықта жатпайтын X, Y, Z координаталарының бойына орналастыралық (4 - сурет). Мұндағы координаттың өстеріне параллель және бір-бірінен a, b, c қашықтықта жүргізілген жазықтықтар кристалды өзара тең және параллель бағдарланған көптеген параллелепипедтерге бөледі. Ең кіші дара параллелепипед элементар ұяшық деп аталады.
3-сурет. Екі атомның атомаралық қашықтығына қарай әрекеттесу энергиясының сұлбасы. Кристалдық тор құратын элементар ұяшықтардың барлығының сырт пішіні мен көлемі бірдей. Атомдар элементар ұяшықтың тор түйіндеріне немесе тор орталықтарына, қабырғаларына орналасулары мүмкін. Егер атомдар тек тор түйініне орналасса, ондай элементар ұяшық - қарапайым, егер басқалай орналасса күрделі деп аталынады. Элементар ұяшықтың сырт пішініне және ондағы атомдардың орналасу ретіне сүйеніп кристалдың геометриялық сипаттамасын беруге болады, демек, оның атомдық-кристалдық құрылымы айқындалынады. Кристалдық торды сипаттайтын параметрлерге a, b, c қабырғалары және X, Y, Z өстерінің арасындағы , , бұрыштары жатады. Көптеген металдың атомдары көлемдік центрленген кубтық торын (КЦК), беттік центрленген кубтық торын (БЦК), гексагональды тығыз кристалдық торын т.б. торларды құрайды. Мысалы, Ka, Na, W, V, Fe, Cr, N т.б. металдар көлемі центрленген кубтық кристалл торын құрады. Оның атомдары тор түйіндерінде және кубтың ортасында орналасқан (5,а - суреті). Ca, Cu, Ni, Ag, Au т.б. металдардың кристалдық торы – беттік центрленген кубтық тор, атомдары тордың әр түйінінде және беттерінің ортасында орналасқан (5,б - суреті). Mg, Ni, Cd, Zn т.б. металдар торы – гексагональді тығыз кристалл торы, атомдары алты қырлы призманың табандарының түйінінде және призманың ортасында үш атом орналасқан (5, в - суреті). 4 – сурет. Дара кристалдық тор (элементар ұяшықтың a, b, c, , , параметрлері көрсетілген). Кристалдық тордың өлшемі параметрлерімен анықталады. Параметрлер қатарына тор периоды, координациялық сан және т.б. жатады. Элементарлы ұяшықта іргелес жатқан екі атомның арақашықтығы тор периоды деп аталады. Нанометрм ен өлшенеді (1нм=10-9 см). Тор периоды a, b, c әріптерімен белгіленеді. Көлемдік центрленген кубтық тордың элементар ұяшығына екі атом келеді. Кубтың ортасындағы бір атом және түйін төбесіндегі атомдар жиынтығы бір атом құрайды (түйіндегі әрбір атом көршілес сегіз элементар ұяшықтарға қарасты, сонымен бір түйіндегі атомнан элементар ұяшыққа 1/8 атом, ал барлық 8 түйіннен 1/8х8 =1 атом құрайды ). Беттік центрленген кубтық тордың элементар ұяшығына 4 атом келеді, түйін төбелерінен 1 атом құралады және әр беттің ортасындағы атомдар жиынтығы 3 атом құрайды (әр беттің ортасындағы атом екі торға қатысты 1/2х6=3). Координаталық сан - атомға ең жақын және бірдей қашықтықта орналасқан атомдар саны. Көлемдік центрленген кубтық торда координаталық сан – 8, беттік центрленген кубтық торда – 12, гексагональды тығыз торда – 12. Координаталық сан жоғарылаған сайын атомдардың орналасу тығыздығы басым. Көлемдік центрленген кубтық тордың элементар ұяшығындағы атомдардың ара қашықтығы d=0,5a√3 - ке тең. Бұл атомнан осы қашықтық аралығында 8 көрші атом орналасқан. Демек, көлемдік центрленген кубтық тордың координаталық саны 8-ге тең және К8 деп белгіленеді. Беттік центрленген кубтық тордың координаталық саны К12, әрбір атомнан d=0,5a2 арақашықтықта 12 атом орналасқан. Координаталық санға байланысты атомдардың орналасу тығыздығы өзгеріп отырады. Атомдардың кристалдық тордағы арақашықтығының жартысы атомдық радиус деп аталады. Координаталық сан азайған сайын атомдардың арақашықтығы 9 атомдық радиусқа үлкейеді. 5 – сурет. а) көлемдік центрленген кубтық тор ; б) беттік центрленген кубтық тор; в) гексагональды тығыз кристалл торы. 1.2. 1 Атомдық жазықтықтарды кристаллографиялық белгілеу Кристалдық тор кеңістіктеріндегі атом жазықтықтарының алып жатқан орнын анықтау үшін үш тұтас рационалды сан құратын және де осы жазықтықпен координат өстерін кесіп өтетін өс кесінділеріне кері шамалар ретінде h, k, l қолданылады. Өс бойындағы ұзындық өлшемі элементар ұяшықтың қабырғаларының ұзындығына тең етіп алынады. Бұл сандар дөңгелек жақшаға алынады. Жазықтықтарды белгілеу мысалын қарастыралық. Алдымен кубтағы жазықтықтар үшін индекстер тағайындайық. Кубтың әрбір жазықтығы тек қана бір өсті кесіп өтеді және де мұндағы шыққан кесінділер (1, ,): (, 1, ): 1(,, 1) - ге тең болады. Шыққан кесінділерге кері шамалар (1,0,0): (0,1,0): (0,0,1) – ге сәйкес келеді. Жазықтықтың h, k, l индекстері (100), (010), (001), (100), (010), (001) болады. Индекс үстіндегі минус белгілері теріс кесінділерге сәйкес қойылады. Кубтық торда кубтағы жазықтықтардан (6,а - суреті) басқа октаэдр жазықтығы (111) (6, б - суреті) және ромбалық додекаэдр жазықтықтары (110) (6, в - суреті) ажыратылады. Индекстер тек бір ғана жазықтықты емес, параллель жатқан барлық жазықтықты сипаттайтынын естен шығармаған дұрыс және ол кезде мұндай индекстер фигуралы жақшаға алынады. 1.2. 2 Бағыттық индекстер Кристалдық тор түйіндерінің үстінен өтетін түзу сызықтар кристаллографиялық бағыттар деп аталынады. Кристалдық торлардағы 6 – сурет. Кристаллографиялық жазықтықтардың индекстері (а-б) және көлемі центрленген куб бағыттары (в). атомдардың орналасу реттерінің бағыттық индекстерін анықтау үшін параллель жазықтықтардың координаталық бас нүктесінен өтетін жазықтықтардың бағытын таңдап алу керек. Әрі қарай элементар ұяшықтың қабырғасының ұзындығын өлшем бірлігі ретінде алып, осы бағыттағы кез келген нүктенің координатасы анықталады. Нүктенің координатасының өлшемі үш ең кіші санға қатынастылығымен табылады. Осы тік жақшаға алынған [u, v, w] сандар осы бағыттың және оған параллель барлық бағыттардың индекстері болады. Текше тордағы негізгі бағыттар 6 г - суретінде көрсетілген. Тор өстерінің индекстері X – [100], Y – [010] және Z – [001]. Кеңістіктегі диагональдың индексі [111]. Текше тор үшін (h k l) жазықтығына перпендикуляр [u v w] бағыттық индекстер саны осы жазықтық индекстерінің санына тең. Мысалы, X өсінің индексі [100]-ге тең, ал X өсіне перпендикуляр жазықтықтықтың индексі де (100)-ге тең. 1.2. 3 Металдардың анизотропиялық қасиеті Әр жазықтықтағы атомдардың орын алу тығыздығы әр түрлі. Мысалы, көлемі орталықтанған текше тордағы (100) жазықтықтың үлесіне 1 атом келеді (1/4 х 4), ромбалық додекаэдр (100) жазықтығына екі атом келеді: бір атом тор түйіндеріндегі [(1/4 х 4)] атомдардан құрылады, тағы бір атом кубтың орталығында орналасады (6 - сурет). Беттік центрленген куб тордағы атомдары тығыз орналасқан жазықтыққа октаэдр (111) жазықтығы, ал көлемдік центрленген куб торында додекаэдр (110) жазықтығы жатады. Дара кристалдың қасиеттері (химиялық, физикалық, механикалық) атомдардың орналасу тығыздығына байланысты өзгеріп отырады демек, үлгіні кесіп алу бағыты мен тор бағытының қатынасына қарай өзгереді. Дара кристалдың әрбір кристаллографиялық бағыттағы қасиетінің бірдей еместігі анизотропия деп аталады. жүктеу/скачать 6.13 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|