Строение металлов

По своему строению твердые тела делятся на кристаллические (металлы и сплавы металлов в твердом состоянии) и аморфные (стекла, смолы и др.). Атомы кристаллических тел в отличие от аморфных, имеющих хаотическое расположение атомов, находятся в определенных местах, образуя систему, периодически повторяющуюся в пространстве. Совокупность таких мест называют кристаллической решеткой.

Расстояния между соседними атомами а в кристаллической решетке очень малы и для их измерения принята особая единица — ангстрем, равная 10^-8см.

В узлах кристаллической решетки расположены положительно заряженные частицы — ионы, пространство между которыми заполнено отрицательно заряженными частицами — электронами, свободно передвигающимися в кристаллической решетке металла и как бы образующими электронный газ. Таким образом, металл можно рассматривать как систему положительно заряженных частиц, расположенных в узлах решетки и окруженных электронным газом.

Атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки, находятся в непрерывном тепловом движении (колебании). С повышением температуры металла амплитуда колебаний атомов резко возрастает и наоборот. Если металл расплавить, то кристаллическая решетка разрушится и атомы начнут беспорядочно передвигаться.

Изменение строения или параметров кристаллической решетки металла всегда приводит к изменению его физико-химических свойств. Процесс перестройки атомов одного вида пространственной решетки в другой или значительное изменение параметров решетки при определенных температурах называют аллотропическим превращением. Аллотропические формы, в которых кристаллизуется металл, называют модификациями,обозначаемыми  α, ß, γ, δ и т. д.

При температуре 1539° С железо из жидкого состояния переходит в твердое. В результате образуется δ — железо, имеющее кристаллическую решетку объемноцентрированногокуба. При дальнейшем охлаждении (до 1400° С) δ-железо принимает новую аллотропическую форму — γ-железа, а решетка объемноцентрированного куба перестраивается в решетку гранецентрированного куба. Такое железо немагнитно. Охлаждение с 910 до 768° С вызывает переход γ-железа в ß-железо с кристаллической решеткой объемноцентрированного куба. При температуре 768°С кристаллическая решетка уже не перестраивается, а только внутренне изменяется. Ниже этой температуры железо становится магнитным. Таким образом, самостоятельными кристаллическими решетками, т. е. аллотропическими формами, являются α- и γ-железо.

Кроме железа, аллотропические превращения могут испытывать кобальт, олово, марганец и другие металлы.