Дополнительный материал к § 47

Кристаллическая структура металлов и ее влияние на свойства веществ

Почему все металлы — кристаллические вещества?
Что такое кристалл и кристаллическая решетка?
Сравните свойства твердых металлов и твердых неметаллов.

Металлы, кроме ртути, при обычных условиях — твердые вещества. Твердые вещества, как правило, имеют кристаллическое строение, но могут находиться и в аморфном состоянии.

Атомы металлов, соединенные между собой металлической связью, образуют твердые простые вещества с металлической решеткой. В узлах металлической решетки расположены положительно заряженные ионы и нейтральные атомы металлов, а межатомное пространство заполняют «свободно» перемещающиеся электроны, осуществляющие химическую связь этих частиц. В металлическом кристалле существует подвижное равновесие в системе атом — катион.

Наличие «свободных» электронов, или «электронного газа», в кристалле металла экспериментально доказано следующими опытами. При резком торможении быстро вращающегося куска металла появляется электрический ток. Он возникает также при резком ускорении движения куска металла.

Своеобразие металлической связи и металлической кристаллической решетки обусловливает и объясняет общие физические свойства металлов. Так, особый металлический блеск металлов объясняется способностью их кристаллов хорошо отражать свет (в мелко-раздробленном или высокодисперсном состоянии металлы имеют обычно черный цвет и не блестят). Хорошая электропроводность и теплопроводность металлов объясняется присутствием «свободных» электронов, которые при небольшой разности потенциалов приобретают направленное движение от отрицательного полюса (-) к положительному (+). Высокая пластичность металлов объясняется возможностью пластического сдвига в кристалле под действием какой-либо силы. Свободно перемещающиеся в кристалле электроны обеспечивают «скольжение» отдельных слоев куска металла относительно других и предотвращают разрушение кристалла вследствие разрыва химической связи между его атомами.

Наряду с общими металлы обладают частными и индивидуальными свойствами. Причина различия физических свойств металлов — в различии масс и электронных структур атомов, в разном типе кристаллизации металлов. Все кристаллические металлы имеют металлическую решетку, но разные ее виды, отличающиеся пространственной структурой и плотностью упаковки частиц (рис. 73).

Модели кристаллических решеток металлов

Наиболее распространены три вида кристаллических решеток металлов:

кубическая объемноцентрированная (по этому типу кристаллизуются Li, Na, К, Rb, Cs, Ba, Fe и др.), плотность упаковки или степень заполнения частицами пространства в ней 68%;

кубическая гранецентрированная (Са, Sr, Al, Pb и др.), плотность упаковки в ней частиц 74%;

гексагональная (шестиугольная) (Mg, Zn, Os и др.), плотность упаковки в ней частиц составляет также 74%.

Кроме общих металлических свойств, каждый металл проявляет и индивидуальные. Металлы отличаются по строению кристаллических решеток, а следовательно, и по электропроводности и теплопроводности, пластичности и другим свойствам.

Окончание параграфа >>>