Аллотропия (полиморфизм) металлов

Аллотропией, или полиморфизмом, называется способность металлов в твердом состоянии иметь различное кристаллическое строение, а следовательно, и свойства при различных температурах.

Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называется аллотропическим (полиморфным) превращением. Алло­тропические формы обозначают начальными буквами греческого алфавита: альфа α, бета β, гамма γ, дельта δ и т. д., начиная с той формы, которая существует при более низкой температуре.

В процессе аллотропического превращения выделяется скрытая теплота кристаллизации (если превращение идет при охлаждении); на кривой охлаждения аллотропическое превращение отмечается горизонтальным участком. Аллотропические превращения имеют многие металлы, например, железо, марганец, олово, титан и др.

На рис. 14 приведена кривая охлаждения железа, характери­зующая аллотропические превращения. Железо имеет объемно центрированную кубическую решетку до температуры 911 °С и в интервале 1392–1539 °С (Feα), а от темпера­туры 911 до 1392 °С имеет гранецентрированную куби­ческую решетку Feγ. Высоко­температурная α-мо­ди­фи­­кация (от 1392 до 1539 °С) иногда обозначается Feδ (δ – железо). При температуре 768 °С происходит изме­нение магнит­ных свойств: ниже 768 °С железо магнитно, выше 768 °С железо немагнитно. Характерным примером является аллотропия олова. При температуре ниже 18 °С устойчива модификация α-олова (Snα), называемая серым оловом, а выше 18 °С – мо­дификация β-олова (Snβ), на­зываемая белым оловом. Решетка белого олова более компактна, чем серого олова, и превращение Snβ Snα идет со значительным увеличением объема. Поэтому при образовании на белом олове бугорка серого олова последнее, вследствие больших объемных изменений, рас­сыпается в порошок. Это явление получило название «оловянной чумы», превращение необратимо.

Максимального значения скорость аллотропического превраще­ния Sn_β Sn_α достигает при переохлаждении примерно до темпе­ратуры – 30 °С. Поэтому опасность «оловянной чумы» особенно велика при хранении олова в зимнее время в холодном помещении.