Ответы на билеты по материаловедению

2.1. Научные основы материаловедения
2.1.1. Атомно-кристаллическое строение металлов

Типы межатомных связей в кристаллах; типы кристаллических решеток и их

симметрия; атомно-кристаллические структуры металлов.

В твердых телах атомы могут размещаться в пространстве двумя способами:
 Беспорядочное расположение атомов, когда они не занимают
определенного места друг относительно друга. Такие тела
называются аморфными.
 Упорядоченное расположение атомов, когда атомы занимают в
пространстве вполне определенные места, Такие вещества
называются кристаллическими.
Атомы совершают относительно своего среднего положения колебания с
частотой около 10 13  Гц .  Амплитуда этих колебаний пропорциональна температуре.
Благодаря упорядоченному расположению атомов в пространстве, их центры
можно соединить воображаемыми прямыми линиями. Совокупность таких
пересекающихся линий представляет пространственную решетку, которую
называют кристаллической решеткой.
Внешние электронные орбиты атомов соприкасаются, так что плотность
упаковки атомов в кристаллической решетке весьма велика.
Кристаллические твердые тела состоят из кристаллических зерен -
кристаллитов. В соседних зернах кристаллические решетки повернуты относительно
друг друга на некоторый угол.
В кристаллитах соблюдаются ближний и дальний порядки. Это означает
наличие упорядоченного расположения и стабильности как окружающих данный атом
ближайших его соседей (ближний порядок), так и атомов, находящихся от него на
значительных расстояниях вплоть до границ зерен (дальний порядок).
Вследствие диффузии отдельные атомы могут покидать свои места в узлах
кристаллической решетки, однако при этом упорядоченность кристаллического
строения в целом не нарушается.
Типы межатомных связей в кристаллах
Молекулярная связь – отдельные молекулы, связанные между собой силами
Ван-дер-Ваальса. Связь не имеет направленного характера. Молекулярную связь
имеют органические вещества, например, полимеры.
Ковалентная связь – жестко связывает каждый атом с другим за счет обменного
взаимодействия двух обобщественных электронов с противоположными спинами.
 Между электронами возникает обменное взаимодействие. Связь направленная. Эта
связь типична для элементов IVA-VIIA  подгрупп периодической системы.
Ионная связь –  результат электростатического взаимодействия между
разноименно заряженными ионами.  Каждый ион имеет четыре ближайших соседа
противоположного знака,  что обеспечивает электростатическое взаимодействие.

5

Рис. 2

Металлическая связь – действует только в металлах и сплавах на их основе. Она
не направленная и определяет особенности физико-механических свойств металлов.

Рис. 3

Металлическая связь  – взаимодействие закономерно расположенных
положительно заряженных ионов, окруженных свободными электронами
(электронный газ). Металлический тип связи обуславливает присущие только
металлам металлические свойства и кристаллическое строение.
Металлические свойства:
1. Термоэлектронная эмиссия
2. Высокая тепло- и электропроводность
3. Металлический блеск,  отражательная способность
4. Повышенная способность пластического деформирования
5. Положительный температурный коэффициент электросопротивления
Основные типы кристаллических решеток. Атомно-кристаллические
структуры металлов
Все металлы являются кристаллическими телами, имеющими определенный тип
кристаллической решетки, состоящей из малоподвижных положительно заряженных
ионов, между которыми движутся свободные электроны (так
называемый электронный газ). Такой тип структуры называется металлической
связью.   
Тип решетки определяется формой элементарного геометрического тела,
многократное повторение которого по трем пространственным осям образует решетку
данного кристаллического тела.