§ 4. Кристаллические решеткиРасположение атомов в кристалле - кристаллическая решетка - может принимать множество геометрических форм. Мы опишем сначала простейшие решетки, характерные для большинства металлов и инертных газов в твердом состоянии. Это кубические решетки, которые могут быть двух видов: объемноцентрированная кубическая (фиг. 30.4,а) и гранецентрированная кубическая (фиг. 30.4,б). Конечно, на рисунках показан только один «куб» решетки; вы должны мысленно представить, что все это повторяется в трех измерениях до бесконечности. Для простоты на рисунке показаны только «центры» атомов. В настоящих кристаллах атомы скорее похожи на соприкасающиеся друг с другом шарики. Темные и светлые шарики на приведенных рисунках могут, вообще говоря, означать либо разные, либо одинаковые сорта атомов. Так, железо имеет объемноцентрированную кубическую решетку при низких температурах и гранецентрированную кубическую решетку при более высоких температурах. Физические свойства этих двух кристаллических форм совершенно различны. Фиг. 30.4. Элементарная ячейка кубического кристалла. а - объемноцентрированная; б – гранецентрированная. Но как возникают такие формы? Представьте, что вы должны как можно плотнее упаковать атомы - шарики. Можно было бы начать со слоя, где шарики уложены в «гексагональной плотной упаковке», как показано на фиг. 30.5,а. Затем можно построить второй слой наподобие первого, но сместив его в горизонтальном направлении, как показано на фиг. 30.5,б. А потом можно наложить и третий слой. Вот тут - внимание! Третий слой можно наложить двумя разными способами. Если вы начнете класть третий слой, помещая атом в точку Фиг. 30.5. Устройство гексагональной решетки с плотной упаковкой. Если третий слой имеет атом в точке Фиг. 30.6. Что это – шестиугольник или куб? Если к фиг. 30.5,б добавляется третий слой, начиная с атома в точке Некоторые металлы (например, серебро и медь) выбирают первую альтернативу - решетка у них гранецентрированная кубическая. Другие же (например, бериллий и магний) предпочитают вторую возможность и образуют гексагональные кристаллы. Очевидно, появление той или иной решетки не может зависеть только от способа упаковки маленьких шариков, но должно еще определяться и другими факторами. В частности, оказывается существенной небольшая угловая зависимость межатомных сил (или в случае металлов от энергии электронного океана). Все эти вещи вы несомненно узнаете из курса химии.
|