Атомная и кристаллическая структуры

Внутренняя структура металлов

Если отколоть головку отливки серебряного прутка, то станет видно, что поверхность излома внешне существенно отличается от поверхности металла: отливка, в зависимости от поверхности литьевой формы, снаружи — гладкая и ровная, а поверхность излома — матово-белая, шероховатая и зернистая; если разломить пруток из золота, платины или какого-либо другого металла, то будет наблюдаться очень похожая картина, так как у всех металлов структура — зернистая, с упорядоченными кристаллического характера зернами, которые за неправильную форму, принимаемую ими при затвердевании, именуют еще кристаллитами. Если бы можно было заглянуть внутрь этих кристаллитов, то перед нами предстал бы мир, измеряемый в миллионных долях миллиметра. Тысячи атомов расположены упорядоченными рядами, прилегающие друг к другу ряды образуют вытянутые плоскости, эти плоскости, в свою очередь, плотно наслаиваются одна на другую, выстраивая, таким образом, упорядоченную кристаллическую решетку. Связь в решетке поддерживается

За счет того, что атомы металлов отдают свои валентные электроны с наружной оболочки, а поэтому в данном случае речь должна идти уже не об атомной решетке, а об ионной, в которой после отдачи валентных электронов преобладает положительный электрический заряд протонов. Высвободившиеся валентные электроны, хотя и находятся в равновесии с общим числом ионов, уже не относятся к определенному атому, а перемещаются аналогично частицам газа (электронный газ) среди ионов и обеспечивают благодаря их отрицательному заряду сцепление всей структуры — это называется принципом «металлической связи». Образование кристаллитов при затвердевании происходит вне какой-либо связи одного из них с другим, поэтому плоскости решетки отдельных кристаллитов расположены в различных направлениях. В зависимости от взаимного расположения атомов различают несколько типов решеток, что лучше всего можно себе представить, отобразив лишь наименьшую часть решетки в виде элементарной ячейки, в которой ионы изображены кружочками, а силы притяжения — соединительными линиями. Исходя из принципов устройства элементарной ячейки, можно путем отображения плоскостей ионов в трех измерениях изобразить общую структуру кристаллической решетки металлов. Важные для ювелира металлы построены по принципу кубической гранецентрированной решетки, в которой ато­мы расположены не только по углам куба, но и в центре всех его плоскостей. По такому типу кристаллизуются Au, Ag, Pt, Ir, Pd, Си, Pb, -железо и др. Еще плотнее упакованы ионы в объемно-центрированной решетке, в которой кроме атомов, расположившихся по углам куба, еще один атом находится в его центре. Такие решетки имеют Сг, V, а-желез б. Более сложная гексагональная кристаллическая решетка у цинка и кадмия и тетрагональная — у Sn

Элементарная ячейка (схема, расстояния между атомами преувеличены): 1 — кубическая гранецентрированная решетка; 2 — кубическая объемно-центрированная решетка