Хром

Хром / Chromium (Cr)
Атомный номер 24
Внешний вид простого вещества
твёрдый металл
голубовато-белого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
51,9961 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 130 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d5 4s1
Химические свойства
Ковалентный радиус 118 пм
Радиус иона (+6e)52 (+3e)63 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,66
Электродный потенциал -0.74
Степени окисления 6, 3, 2, 0
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 7,18 г/см³
Молярная теплоёмкость 23,3 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 93,9 Вт/(м·K)
Температура плавления 2130 K
Теплота плавления 21 кДж/моль
Температура кипения 2945 K
Теплота испарения 342 кДж/моль
Молярный объём 7,23 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
объёмноцентрированая
Параметры решётки 2,885 Å
Отношение c/a
Температура Дебая 460 K
Cr
24
51,9961
[Ar]3d54s1
Хром

Хром —элемент побочной подгруппы шестой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 24. Обозначается символом Cr (Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.

История

Схема атома хрома

 

В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома).

 

Происхождение названия

 

Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.

 

Добыча

 

Главные месторождения хромовых руд в РФ известны на Урале (Донские и Сарановское).

 

Разведанные запасы в Казахстане составляют свыше 350 млн. т (или 1 место в мире)

Получение

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

FeO · Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

Феррохром применяют для производства легированных сталей.

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:

2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;

4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём:

Na2Cr2O7 + 2C → Cr2O3 + Na2CO3 + CO↑

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

Cr2O3+ 2Al → Al2O3 + 2Cr + 130 ккал

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

  • восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
  • разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
  • разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
Cr2O72− + 14Н+ + 12е = 2Cr + 7H2O

Физические и химические свойства

В свободном виде — голубовато-белый металл с кубической объемно-центрированной решеткой, а = 0,28845 нм. При температуре 39 °C переходит из парамагнитного состояния в антиферромагнитное (точка Нееля).

 

Хром является самым твердым металлом (твердость по шкале Мооса 8.5).

 

Устойчив на воздухе. При 2000 °C сгорает с образованием зелёного оксида хрома(III) Cr2O3, обладающего амфотерными свойствами. Сплавляя Cr2O3 со щелочами получают хромиты:

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2 + H2O.

Непрокаленный оксид хрома(III) легко растворяется в щелочных растворах и в кислотах:

Cr2O3 + 6HCl → 2CrCl3 + 3Н2О.

При термическом разложении карбонила хрома Cr(СО)6 получают красный основной оксид хрома(II) CrO. Коричневый или желтый гидроксид Cr(OH)2 со слабоосновными свойствами осаждается при добавлении щелочей к растворам солей хрома(II).

При осторожном разложении оксида хрома(VI) CrO3 в гидротермальных условиях получают оксид хрома(IV) CrO2, который является ферромагнетиком и обладает металлической проводимостью.

При взаимодействии концентрированной серной кислоты с растворами дихроматов образуются красные или фиолетово-красные кристаллы оксида хрома(VI) CrO3. Типичный кислотный оксид, при взаимодействии с водой он образует сильные неустойчивые хромовые кислоты: хромовую H2CrO4, дихромовую H2Cr2O7 и другие.

Известны галогениды, соответствующие разным степеням окисления хрома. Синтезированы дигалогениды хрома CrF2, CrCl2, CrBr2 и CrI2 и тригалогениды CrF3, CrCl3, CrBr3 и CrI3. Однако, в отличие от аналогичных соединений алюминия и железа, трихлорид CrCl3 и трибромид CrBr3 хрома нелетучи.

Среди тетрагалогенидов хрома устойчив CrF4, тетрахлорид хрома CrCl4

существует только в парах. Известен гексафторид хрома CrF6.

Получены и охарактеризованы оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2.

Синтезированы соединения хрома с бором (бориды Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB2, CrB4 и Cr5B3), с углеродом (карбиды Cr23C6, Cr7C3 и Cr3C2), c кремнием (силициды Cr3Si, Cr5Si3 и CrSi) и азотом (нитриды CrN и Cr2N).

В растворах наиболее устойчивы соединения хрома(III). В этой степени окисления хрому соответствуют как катионная форма, так и анионные формы, например, существующий в щелочной среде анион [Cr(OH)6]3−.

При окислении соединений хрома(III) в щелочной среде образуются соединения хрома(VI):

2Na3[Cr(OH)6] + 3H2O2 → 2Na2CrO4 + 2NaOH + 8H2O.

Хрому(VI) отвечает ряд существующих только в водных растворах кислот: хромовая H2CrO4, дихромовая H2Cr2O7, трихромовая H3Cr3O10 и другие, которые образуют соли — хроматы, дихроматы, трихроматы и т. д.

В зависимости от кислотности среды анионы этих кислот легко превращаются друг в друга. Например, при подкислении жёлтого раствора хромата калия K2CrO4 образуется оранжевый дихромат калия K2Cr2O7:

2K2CrO4 + 2HCl → K2Cr2O7 + 2KCl + Н2О.

Но если к оранжевому раствору K

2Cr2O7 прилить раствор щёлочи, как окраска вновь переходит в жёлтую так как снова образуется хромат калия K2CrO4:

K2Cr2O7 + 2KOH → 2K2CrO4 + Н2О.

При добавлении к жёлтому раствору, содержащему хромат-ионы, раствора соли бария выпадает жёлтый осадок хромата бария BaCrO4:

Ba2+ + CrO42- → BaCrO4↓.

Соединения хрома(VI) — сильные окислители, например:

K2Cr2O7 + 14HCl → 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2↑ + 7H2O.

Применение

Хром важный компонент во многих легированных сталях (в частности, нержавеющих), а также и в ряде других сплавов. Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.

Биологическая роль и физиологическое действие

Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.

 

Металлический хром практически нетоксичен, но металлическая пыль хрома раздражает ткани лёгких. Соединения хрома(III) вызывают дерматиты. Соединения хрома(VI) приводят к разным заболеваниям человека, в том числе и онкологическим. ПДК хрома(VI) в атмосферном воздухе 0,0015 мг/м³.

 

Соединения хрома

Хромтау

Кристаллический хромом — Справочник химика 21

    Подобную же группу составляют, например, гексафториды серы, молибдена и урана. В каждой из этих групп увеличение молекулярного веса соединения связано с возрастанием энтропии. На рис. П1,5 подобное же сопоставление дано для энтропии (Sr) некоторых групп окислов металлов в кристаллическом состоянии. Здесь наблюдаются такие же закономерности, как и для энтропии газов. Отчетливо выделяется группа, линий моноокисей магния, кальция и бария,группа линий полуторных окислов алюминия, хрома и лантана и группа пятиокисей ниобия и тантала. В каждую из таких групп входят также не показанные на рисунке линии других однотипных с ними соединений. [c.101]
    Карбиды представляют собой кристаллические тугоплавкие вещества очень большой твердости. Так, карбиды вольфрама почти не уступают по твердости алмазу. Свойства карбидов хрома, молибдена и вольфрама приведены в табл. 23. [c.287]

    Некоторые из предложенных объяснений склонности ферритных нержавеющих сталей к межкристаллитной коррозии основаны на разнице скоростей растворения различных образующихся карбидов или на предполагаемой большей реакционной способности напряженной кристаллической решетки металла. Однако наиболее убедительное объяснение получено с помощью теории, широко используемой для объяснения этих явлений в аустенитных нержавеющих сталях. Согласно этой теории, разрушения происходят вследствие обеднения границ зерен хромом [36—38]. Различия в температурах и времени, необходимых для сенсибилизации этих сталей, объясняются более высокими скоростями диффузии углерода, азота и хрома в ферритной объемно-центрированной кубической решетке по сравнению с аустенитной гранецентрированной. В соответствии с этим, карбиды и нитриды хрома, которые растворены при высокой температуре, ниже [c.310]

    Блестящие, твердые осадки хрома, получаемые в этих условиях, очень пористы и имеют сетку трещин. Растрескивание осадка происходит за счет больших внутренних напряжений, которые возникают при уменьшении объема осадка (сжатие) вследствие перехода неустойчивой гексагональной кристаллической решетки металла в более устойчивую кубическую объемно-центрированную решетку. [c.420]

    В сплавах внедрения атомы растворенного вещества образуют дополнительные связи с соседними атомами по сравнению с чистым растворителем, а это приводит к тому, что кристаллическая решетка сплава становится тверже, прочнее и менее пластичной. Например, железо, содержащее менее 3% углерода, намного тверже чистого железа и приобретает значительно большую прочность на растяжение, а также другие ценные физические свойства. Так называемые мягкие (малоуглеродистые) стали содержат менее 0,2% углерода они обладают высокой пластичностью и ковкостью и используются для изготовления кабелей, гвоздей и цепей. Средние (углеродистые) стали содержат 0,2-0,6% углерода, они жестче мягких сталей и используются для изготовления балок и рельсов. Высокоуглеродистые стали, применяемые для изготовления нож-нгщ, режущих инструментов и пружин, содержат 0,6-1,5% углерода. При введении в стали других элементов получают различные легированные стали. Одним из наиболее известных сплавов такого типа является нержавеющая сталь, содержащая 0,4% углерода, 18% хрома и 1% никеля. Сплавы типа твердых растворов отличаются от обычных химических соединений тем, что имеют произвольный, а не постоянный состав. Отношение содержания неметаллических элементов к металлическим может варьировать в них в широких пределах, что позволяет придавать этим материалам самые разнообразные физические и химические свойства. [c.364]

    Лиганды, находящиеся в левой части спектрохимического ряда, называются лигандами слабого поля или просто слабыми лигандами. Те лиганды, которые находятся в правой части спектрохимического ряда, называются лигандами сильного поля или сильными лигандами. На рис. 23.27 схематически показано, что происходит с энергией расщепления кристаллическим полем при изменении лигандов в ряду нескольких комплексов хрома(Ш). (Здесь уместно напомнить, что при последовательной ионизации атома переходного металла первыми отрываются валентные -электроны. Поэтому атом хрома имеет электронную конфигурацию [Аг] 45 3 , а ион Сг имеет конфигурацию [Аг] 3 .) Отметим, что с усилением поля, действующего на ион металла со стороны шести окружающих лигандов, расщепление энергетических уровней -орбита-лей металла усиливается. Поскольку спектр поглощения связан с этим энергетическим расщеплением, окраска комплексов неодинакова. [c.394]

    Приборы и реактивы. Водяная баня. Штатив. Стеклянные палочки. Платиновая проволочка. Фарфоровая палочка. Борная кислота. Бура. Магний (лента или порошок). Нитрат кобальта кристаллический, порошок. Сульфат хрома. Лакмус (нейтральный раствор). Универсальный индикатор. Бумага лакмусовая синяя. Метиловый спирт. Глицерин. Растворы серной кислоты (плотность 1,84 г/см ), нитрата серебра (0,1 н.), сульфата меди (0,5 н.), сульфата алюминия (0,5 н.), [c.182]

    Координационное число металла при образовании ОЦК решетки равно восьми. Такая решетка, как уже говорилось, свойственна, например, металлическому натрию, железу при температуре до 911 °С. Атом натрия имеет один электрон на внешней электронной оболочке, с помощью которого он образует металлическую связь с другими атомами. В то же время остальные его валентные орбитали являются вакантными. Избыток числа орбиталей над числом электронов приводит к образованию такой структуры, когда каждый атом натрия создает у себя устойчивую восьми-электронную оболочку благородных газов, отстоящих как слева (N6), так и справа (Аг) от натрия в периодической системе. Это достигается при количестве ближайших атомов в кристаллической решетке (координационном числе) равном восьми. Аналогично, атом хрома в основном [c.320]

    Ионы хрома и алюминия не мешает реакции. Другие ионы, например Си + и Со +, способны образовывать с белым кристаллическим соединением Zп[Hg(S N)4] смешанные кристаллы, придавая последним характерную окраску. Способность к образованию окрашенных смешанных кристаллов может быть использована для обнаружения как ионов цинка, так и ионов меди и кобальта. [c.268]

    Продвижение анионов через пленку менее вероятно, чем продвижение катионов, обладающих значительно меньшими размерами. Для прохождения ионов через кристаллическую решетку оксидов при комнатной температуре необходим градиент потенциала порядка 10 В/см. В то же время скачок потенциала при пассивации многих металлов обычно составляет 0,5—1,5 В. Следовательно, толщина пленки не должна превышать 5—15 10″ см. При этом металлы, например железо, никель, хром, в пассивном состоянии продолжают медленно растворяться, а толщина пленки стабилизируется. По мере утолщения пленки все в большей степени затрудняется продвижение через нее ионов. Соответственно, если сохранить неизменной плотность тока, произойдет сдвиг анодного потенциала в [c.368]

    Оксид хрома (VI) СгОз — твердое кристаллическое вещество темно-красного цвета, хорошо растворимое в воде. Путем непосредственного взаимодействия элементов его получить нельзя. [c.276]

    Установлено, что при прокаливании цинкхромового катализатора в токе водорода и токе воздуха изменяется его химический и фазовый состав. Окись хрома при повышении температуры имеет тенденцию соединяться с окисью цинка, образуя при этом сначала аморфные, а затем кристаллические соединения ZnO-СгЮз и Zn raOa. При более высокой температуре 2пО-СггОз, по-видимому, переходит в кристаллический хромит цинка (шпинель). [c.173]

    Металлический хром получен Девиллем (вероятно, с содержанием углерода) при восстановлении углем окиси хрома при температуре, близкой к плавлению платины имеет стальной цвет, уд. вес 5,9 и весьма большую твердость (хорошо полируется), растворяется в соляной кислоте, но холодная разведенная серная и азотная кислоты на него не действуют. Бунзен получил металлический хром, разлагая раствор Сг2С1 гальваническим током, в виде чешуек серого цвета (уд. вес 7,3). Вёлер получил кристаллический хром, накаливая смесь безводного Сг С с измельченным цинком и хлористым калием до температуры кипения цинка. После охлаждения цинк растворяется в разбавленной азотной кислоте, причем остается серый кристаллический хром (уд. вес 6,81). Фреми приготовил также кристаллический хром, действуя парами натрия на безводный Сг С1 в струе водорода кристаллы металлического хрома имели черный цвет, кубическую форму, значительную твердость и сопротивлялись действию кислот. Глат-цель (1890) получил кристаллический порошок Сг при накаливании двойной соли КСгС1 с магнием, уд. веса 6,7 такой хром в кислотах легко растворялся с выделением водорода. Таким образом, повидимому, является явное разноречие между показаниями разных исследователей, что объяснилось, как указано далее, только в недавнее время. Муассан (1893), при [c.238]

    Оксид хрома (И ) СГ2О3 — темно-зеленый порошок, а в кристаллическом состоянии — черный с металлическим блеском. Структура СГ2О3 соответствует октаэдро-тетраэдрической координации атомов (структура типа a-A Oj, см. рис. 72). Оксид хрома (HI) тугоплавок (т. пл. 2265 С), химически инертен. В воде, кислотах и щелочах не растворяется. Его амфотерная природа проявляется при сплавлении с соответствующими соединениями. Так, при сплавлении СГ2О3 с дисульфатом калия образуется сульфат хрома (HI)  [c.558]

    Схема импульсного рубинового лазера показана на рис. 5.2, а. Лазер состоит из рубинового стержня 1, импульсной лампы-вспышки 2, электрода поджигав и двух источников питания системы поджига и лампы вспыщки 5. Уровни энергии встроенных в решетку оксида алюминия (А12О3) примесных атомов хрома (Сг +) с концентрацией 0,05% показаны на рис. 5.2, б. При активации импульсом света лампы-вспышки (накачке) электроны переходят из основного состояния 1 на полосу 2, а с этой полосы за очень короткое время в результате взаимодействия с кристаллической решеткой переходят на узкий нижележащий уровень 3. [c.98]

    Особый интерес представляют условия образования твердых растворов замещения, в которых железо играет роль растворителя. И. И. Корнилов установил связь между растворимостью элементов в железе и их ионными диаметрами атомный диаметр растворимого элемента должен отличаться от атомного диамет)ра железа не более чем на 8—15%. Только при этих условиях не происходит значительной деформации кристаллической решетки растворителя и изменения характера связи. Если это ра.зличие не превышает 8%, то образуются непрерывные твердые растворы если различие составляет 8—15%, то образуются ограниченные твердые растворы. Так, например, хром, с атомным диаметром, отличающимся от железа не более чем на 1,5%, дает с ним непрерывный ряд твердых растворов молибден, отличающийся от железа по атомному диаметру на 10%, ограниченно растворяется в железе еще меньше растворяется вольфрам и т. д. Отмеченные закономерности в отношении растворимости элементов в железе распространяются и на некоторые другие элементы. [c.123]

    Железо м хром образуют непрерывный ряд твердых раствором. а-железо п хром имеют одинаковый тип кристаллической решетки оот.емноцеитрированного куба с близкими параметрами решетки, 0,26 и 0,278 нм. Хром стабилизирует -область и сужает область существования у-железа. [c.208]

    Графиты широко используются в смазках в качестве наполнителей и антифрикционных присадок. Естественный графит представляет собой минерал, состоящий из самородного углерода встречается он в В1ще пластинок и сплошных масс. Содержание графита й промышленных рудах колеблется в больших пределах. В числе примесей могут содержаться пирит, слюда, хромит. Выпускаются графиты карандашный, кристаллический (серебристый), графит П, элементный и скрытокристаллический (аморфный). При изготовлении смазок применяется только графит П — порошок серо-стального цвета (ГОСТ 8295—57), концентрат, полученный обогащением графитовой руды. Выпускается двух марок А и Б. В зависимости от месторождений установлены следующие обозначения выпускаемых марок ПБ-А — бото-гольский марки А ПБ-Б ботогольский марки Б ПЗ-А — завальевский марки А и ПЗ-Б завальевский марки Б ПТ-А и ПТ-Б — тайгинский марок А и Б. В продукте должны содержаться (в мае. %)  [c.688]

    Сульфида. Известны многочисленные сульфиды хрома, молибдена и вольфрама. Практически наиболее важным из них является дисульфид молибдена Мо5о. Его кристаллическая решетка гексагональной структуры кристаллы легко скалываются по плоскостям спайности. Дисульфид молибдена применяется как смазочный материал для поверхностей скольжения, работающих с большой нагрузкой при высоких температурах. При нагревании в отсутствие воздуха разлагается, а иа воздухе горит разлагается кислотами с выделением сероводорода. [c.286]

    Карбид вольфрама С, почти не уступаюпщй по твер,дости алмазу, используется для получения металлоксра.мических пластинок для режущего инструмента—резцов, фрез, сверл, способных обрабатывать самые твердые материалы. Для 1зготовления этих пластинок служит материал, состоящий из карбида вольфрама в виде тонкого кристаллического порошка, распределенного в кобальте. Твердосплавный инструмент изготовляют также электро-дуговой наплавкой, используя карбиды вольфрама, молибдена и хрома. [c.289]

    Окисная железохромовая система представляет в исходном (невосстановленном) состоянии непрерывный ряд твердых растворов СгаОз в а-РбаОз [144]. Активность железохромовых катализаторов связана с образованием твердого раствора Рез04—СгаОд шпинельного типа замечет замещения трехвалентных ионов железа в кристаллической решетке Гед04 трехвалентными ионами хрома. Избыток окиси хрома, присутствующей в катализаторе в виде свободной фазы, снижает активность катализатора. [c.191]

    Предполагают, что окислы образуют твердые растворы СггОз в Рез04 шпинельного типа. Ионы Ре + в кристаллической решетке Рез04 замещаются на Сг +. При этом избыток окиси хрома присутствует в виде свободной фазы и снижает активность катализатора [68]. Активной частью катализатора является магнетит РезО . В первоначальный же состав массы.входит а-РегОз — кристаллическая окись железа ромбоэдрической структуры. Для превращения а-РеаОз в активный магнетит катализатор восстанавливают газовой смесью, содержащей СО и На- Восстаийвление обычно производят в цехах-потребителях катализатора, Процесс идет при [c.121]

    Следует отметить некоторые физические особенности водорода, оппеде-ляющие дополнительные, специфические требования к конструкционным материалам. Водород обладает способностью проникать через толщу материала, в частности металлов, и с повышением давления и температуры диффузия водорода в металлы возрастает. Глубина проникания молекул водорода в кристаллическую решетку металла в большинстве случаев не превышает 4—6 мм, а при нагартовке материала может быть снижена до 2,0—1,5 мм. Для алюминия она достигает 15—30 мм, а при нагартовке снижается до 4—6 мм. Водородная диффузия в сталях практически полностью устраняется путем легирования с помощью хрома, молибдена, вольфрама и других элементов. [c.181]

    Соли серной кислоты — сульфаты — находят разнообразное применение. Особенно интересны двойные сульфаты — квасцы (например, K[A1(S04)2]). Кристаллы квасцов построены так, что один из металлов (трехвалентные хром, алюминий, железо) образует вместе с кислотным отстатком комплексный анион [Me(S04)2] , занимающий определенное место в кристаллической решетке. При растворении в воде квасцы диссоциируют на одно- и трехвалентные катионы и суль-фат-анионы, т. е. ведут себя как растворы смеси сульфатов  [c.117]

    Необходимы механически свойства металлов и сплавов достигаются введением в расплав легирующих добавок. Добавки стабилизируют кристаллическую фазу зерна, образуют твердые растворы с основным компонентом расплава и способствуют образованию новой дисперсной фазы. Появление твердых растворов между зернами структуры может увеличить ее пластические свойства. Упрочняющее действие возникающих дисперсных фаз при введении легирующих добавок можно проиллюстрировать образованием в хромоникелевых сплавах при добавлении титана и алюминия кристалликов NisTi и NisAl, которые сильно взаимодействуют с твердым раствором сплава. Высокое содержание никеля и хрома в стали обеспечивает получение устойчивой аустенитной кристаллической структуры зерен (у-фаза), обладающей наибольшей жаропрочностью. [c.387]

    Соответствующий перекрытый комплекс порфирии—Ре(1П) затем восстанавливался бисацетилацетонатом двухвалентного хрома в бензоле до кристаллического ферропорфирина, который обратимо связывается с кислородом в растворе при комнатной [c.362]

    После охлаждения реакционной смеси в нее вливают 120 мл воды и вновь охлаждают. Выделившуюся нитробензойную кислоту отфильтровывают на воронке Бюхнера, промьшают водой. Для удаления солей хрома сырую нитробензойную кислоту растворяют в 5%-ном растворе едкого натра осадок гидроокиси хрома отфильтровывают и к фильтрату, содержащему натриевую соль п-нитробензой-ной кислоты, добавляют при перемешивании концентрированную серную кислоту до кислой реакции по конго. При этом выпадает желтый кристаллический осадок п-нитробензойной кислоты, который отфильтровывают и тщательно промывают водой. [c.143]

    В раствор, полученный растворением 100 г нитрата хрома(1П) Сг(Ы0з)з-9Н20 в 100 смЗ НгО, приливают 100 см 38%-ной НС1 и пропускают при охлаждении льдом сильную струю НС1 до прекращения выделения [Сг(Н20)б]С1з. Кристаллическую ка-щицеобразную массу быстра отсасывают на больщом нутч-фильтре с пластинкой из пористого стекла, промывают небольшим количеством дымящей НС1, растворяют в 100 см воды и снова при охлаждении льдом осаждают газообразным HG1. По окончании осаждения находящийся над кристаллами зеленоватый раствор сливают и путем трехкратного смешивания с ацетоном отмывают серо-синий осадок от основного количества захваченной им H I и зеленого хлорида, которые затем окончательно удаляют на нутч-фильтре с пластинкой из пористого стекла промыванием небольшими количествами ацетона. Промывание заканчивают после того, как фильтрат становится бесцветным. Ацетон удаляют промыванием абсолютным эфиром. В эксикаторе над h3SO4 соль освобождают от эфира и следов влаги. [c.529]

    Опыт 6. Окислителыше свойства соединений хрома (VI). Внести в пробирку» 3—4 капли раствора бихромата калия, 4—5 капель разбавленной серной кислоты, кристаллический сульфит натрия на кончике микрошпателя. Встряхнуть содержимое пробирки до растворения соли. Наблюдать изменение окраски раствора от оранжевой до зеленой. Составить уравнение реакции  [c.98]

    Положение переходной области на оси потенциалов зависит от многих факторов и, в частности, от ориентации кристаллических граней на поверхности электрода. Поэтому при заданном потенциале могут достигаться условия пассивации одних граней, тогда как другие продолжают активно растворяться. Это играет важную роль в истолковании природы некоторых видов коррозии. Аналогично этому каждая структурная составляющая сплава также характеризуется своей парциальной потенциостатической кривой. На рис. 195 представлены парциальные потенциостатические кривые компонентов нержавеющей стали, содержащей 18% хрома, 8% никеля и не большую примесь углерода. При застывании этой стали по границам зерен выпадают карбиды хрома СгазСя и Сг,Сз, далее следует узкая зона обедненного углеродом раствора и, наконец, среднюю часть зерна образует твердый раствор, в котором содержание компонентов отвечает среднему составу сплава. Если потенциал электрода поддерживается в переходной области, то, как видно из рис. 195, наиболее быстрому растворению подвергается зона обедненного углеродом металла. При потенциалах в области перепассивации происходит более интенсивное растворение карбидов хрома. При этом сталь подвергается межкристаллитной коррозии. [c.366]

    Гидратная изомерия комплексов хрома. Хлорид хрома СгС1з-6Н20 в кристаллическом состоянии образует несколько изомеров, различающихся числом молекул воды и хлорид-ионов, расположенных во внешней и внутренней сферах комплексной частицы. Свойства изомеров, в том числе и окраска, заметно различаются  [c.409]


Для кристаллической решетки хрома определите координационное число

Для кристаллической решетки хрома определите координационное число | Материаловедение
  1. Для кристаллической решетки хрома определите координационное число и рассчитайте коэффициент укладки. Покажите и определите индекс кристаллографических плоскостей и направлений легкого скольжения в решетки
  2. Объясните физическую природу явления полигонизации при нагреве холоднодеформированного металла. Опишите дислокационную структуру полигональных границ наклона и докажите, что дислокационная стенка является энергетически стабильной конфигурацией.
  3. Для заданного состава железоуглеродистого сплава (состав определяется из таблицы в зависимости от варианта) решить все перечисленные в третьем вопросе задачи. Составы и относительные весовые количества равновесных фаз определить для нормальной температуры.
  4. Углеродистые стали 40 и У8 после закалки и отпуска имеют структуру «мартенсит отпуска» и твердость НRС 52 и HRC 60 соответственно. Опишите превращения происходящие в этих сталях в процессе закалки и отпуска и на этой основе объясните, почему сталь У8 имеет большую твердость, чем сталь 40.
  5. Предложите и обоснуйте режим термической обработки белого чугуна с целью получения структуры зернистого перлита в металлической основе и графита хлопьевидной формы
  6. Для изготовления фрез выбрана сталь 9ХС. Укажите состав стали и группу по назначению. Предложите и обоснуйте режим термической обработки, объясните влияние легирования на превращения, происходящие на всех этапах обработки. Опишите конечную структуру и свойства стали. Предложите материал проволоки для намотки прецизионных реостатов. Обоснуйте свой выбор, укажите состав и группу сплава по назначению. Опишите структуру и электротехнические характеристики сплава

как состав влияет на свойства

Легированные стали занимают значительную долю рынка металлургической продукции. К ним относятся так называемые «нержавейки» — группа сплавов, отличающихся повышенной устойчивостью к коррозии. Со времени появления номенклатура таких сталей расширилась до нескольких сотен наименований. Поэтому были разработаны система их классификации и маркировка.

Стоит заметить, что название «нержавеющая сталь» не совсем корректно отражает ее свойства. Любой железоуглеродистый сплав подвержен воздействию кислорода и агрессивных веществ, но для того, чтобы это отразилось на эксплуатационных свойствах, нужно разное время. Поэтому нержавеющие стали правильнее называть коррозиестойкими.

Классификация нержавеющих сталей

По составу

В качестве легирующих добавок, повышающих устойчивость железоуглеродистого сплава к образованию ржавчины, используются хром, никель, ванадий, молибден, титан и некоторые другие. Коррозионную стойкость также повышают  вводимые для раскисления и нейтрализации серы марганец и кремний. По основным легирующим элементам нержавеющие стали классифицируются как хромистые, марганцовистые и т. д. Некоторые добавки используются для придания сталям особых структурных или технологических свойств, например, для дробления карбидов, повышения ударной вязкости.

Базовыми легирующими элементами нержавеек считаются хром и никель. Они оба входят в твердый раствор с железом, повышают сопротивляемость коррозии. При окислении они образуют на поверхности стального изделия тонкую непроницаемую для кислорода пленку, устойчивую к химическим, электрохимическим и атмосферным воздействиям. Никель расширяет область аустенита в железоуглеродистых сплавах. Хром сужает ее, но является карбидообразующим элементом и связывает углерод. Соотношение никеля и хрома оказывает определяющее влияние на ударную вязкость, свариваемость и способность воспринимать холодную деформацию.

Углерод, как один из обязательных компонентов сталей, отрицательно влияет на сопротивляемость к коррозии. Однако от его содержания зависит твердость и износостойкость стали. Например,  95Х18 имеет менее выраженные коррозионностойкие свойства в сравнении с 40Х13, несмотря на более высокое содержание хрома.

По свойствам

Более наглядное представление о сплавах дает разделение на группы по свойствам:

  • Коррозионностойкие. Стали отличаются высокой сопротивляемостью к атмосферной коррозии, эксплуатируются при нормальных условиях в нагруженном состоянии. Примерами могут служить нержавейки, используемые для изготовления посуды и оборудования для пищевой промышленности: 08Х18Н10, 20Х13, 30Х13.
  • Жаростойкие. Отличительная черта таких сплавов – высокая сопротивляемость к образованию окалины при высоких температурах. Жаростойкие нержавеющие стали применяются для изготовления теплообменников котельных и пиролизных установок (15Х28), клапанов автомобильных и авиационных двигателей (40Х10С2М), деталей для нагревательных металлургических печей (10Х23Н18).
  • Жаропрочные. Разработан ряд сплавов, способных работать под нагрузкой при высоких температурах без существенных деформаций и разрушения. В них используются сложные системы легирования (05Х27Ю5, 15Х12ВН14Ф, 37Х12Н8Г8МФБ). Умеренной жаропрочностью также обладают стали типа 20Х13.

По структуре

По микроструктуре нержавеющие стали делятся на  следующие классы:

  • аустенитные;
  • ферритные;
  • мартенситные;

Кроме них существуют промежуточные группы:

  • аустенито-ферритные;
  • мартенсито-ферритные;
  • мартенсито-карбидные.

Большое влияние на устойчивость к коррозии оказывает термообработка, поскольку влияет на фазовый состав большинства нержавеющих сталей. Устойчивость снижается при возникновении карбидной неоднородности. Этим явлением обусловлена так называемая межкристаллическая коррозия. При нагреве сталей до температур в интервале 500 – 800 °C на границах зерен образуются цепочки карбидов и участки со сниженным содержанием хрома. В теле зерна содержание легирующих элементов остается высоким. Такой вид коррозии часто наблюдается в зонах сварных швов. Для борьбы с этим явлением состав стали стабилизируют введением небольшого количества титана.

Физико-химические свойства нержавеющих сталей

Аустенитные стали

При кристаллизации аустенитные стали образуют однофазную систему с кристаллической решеткой гранецентрированного типа. Один из наиболее ярких представителей класса – сплав 08Х18Н10. Благодаря высокому содержанию никеля в нержавейках этого класса (до 30%) аустенитная фаза сохраняет устойчивость вплоть до – 200 °C, содержание углерода не превышает 0,12%. Стали с такой структурой  характеризуются отсутствием магнитных свойств. Большинство из них имеет хорошую механическую обрабатываемость.

Аустенитные стали обязательно подвергаются термообработке – закалке, отпуску или отжигу. Скорость охлаждения практически не изменяет твердости, однако оказывает влияние на устойчивость к жидким и газообразным агрессивным средам, стабилизирует размер зерна устойчивость к деформации.

В системы легирования аустенитных хромоникелевых сталей вводят дополнительные элементы:

  • молибдена – для предотвращения питтинга и эксплуатации в восстановительных атмосферах
  • титана и ниобия – для защиты от межкристаллической коррозии.
  • кремния – для повышения кислотостойкости;
  • марганца – для улучшения литейных качеств.

Ферритные стали

В этот класс входят хромистые стали с низким содержанием углерода. Они имеют объемно-центрированную кубическую решетку, определяющую магнитные свойства. Ферритные стали обладают  меньшей  коррозионную устойчивость в сравнении с аустенитными, не могут быть упрочнены термообработкой, но имеют более высокие технологические свойства. Они легче подвергаются механической обработке и лучше свариваются, а их себестоимость значительно ниже. При температуре 300 – 400 °C стали приобретают высокую пластичность, и из них можно получать объемные штампованные детали сложной формы.

Содержание хрома в таких сталях достигает 27 %. В качестве стабилизирующих добавок используют молибден,  титан и алюминий.

Мартенситные стали

Сплавы этого класса содержат не менее 0,15 % углерода и 11 % хрома. Мартенсит имеет микроскопическую игольчатую структуру и при увеличении выглядит так же, как и углеродистая сталь после закалки. Кристаллическая решетка имеет тетрагональную форму и характеризуется высокими внутренними напряжениями. Это определяет высокие прочностные свойства и твердость. Например, для 40Х13 она составляет до 52 – 55 HRC. В качестве дополнительных легирующих элементов вводятся молибден, ниобий, ванадий и вольфрам. Мартенситные стали из-за высокой твердости плохо поддаются резанию и имеют низкую пластичность.

Одно из основных технологических свойств коррозиестойких сталей с такой структурой – способность к самозакаливанию. Мартенситное превращение происходит при охлаждении на воздухе. Для повышения жаропрочности сталь после закалки подвергают отпуску на сорбит или троостит.

Состав нержавеющей стали: какие типы антикоррозийных сплавов существуют    

Сталь – высокопрочный и долговечный материал, способный выдерживать значительные нагрузки в течение многих лет. В его состав входят железо (50%) и углерод (не более 2,14%), последний значительно улучшает износоустойчивость сплава, его твердость.

Чтобы произвести нержавеющий сплав, требуется также хром. Из чего еще состоит нержавеющая сталь еще? Разбираемся.

Особенности сплавов, устойчивых к коррозии

Легирующим элементом нержавеющей стали является хром, а также вольфрам, никель, ниобий, молибден и т. д. С их помощью сталь обретает все необходимые антикоррозийные и физико-механические качества. Другие возможные примеси – кобальт и титан, процент которых в составе металла минимален.

Пластичность и хрупкость (твердость) – два физических свойства, определяющих качество стали. Первое из них показывает, насколько сильно может деформироваться изделие из нержавеющей стали без разрушения. Твердость металла – обратный показатель, означающий способность материала удлиняться в незначительной мере, без появления больших остаточных деформаций.

Чтобы отрегулировать эти свойства (изменить внутреннюю структуру сплава), проводится термическая обработка: закалка критически высокой температурой и охлаждение в несколько подходов.

В зависимости от физических свойств состав нержавеющей стали бывает трех типов:

  • коррозиестойкий. Используется в быту и на производстве, в котором не требуется высокая защита металла от вредных сред;
  • жаростойкий. Не деформируется и не меняет свойств, в том числе в условиях крайне высоких температур;
  • жаропрочный. Сохраняет прочность в агрессивной среде, но может ржаветь.

Ассортимент сплавов отечественного рынка можно разделить на 2 группы: хромистые и хромоникелевые стали. Обе включают такие структурные классы:

  1. Аустенитный. Обладает хорошими антикоррозионными качествами. С повышением доли никеля и хрома в составе (до 20%) улучшает сопротивление к высокой температуре. Такая сталь называется жаропрочной.
  2. Ферритные. Содержат малое количество хрома и углерода (до 17%).
  3. Дуплексные. Сочетают качества двух предыдущих типов. Никель в составе нержавеющей стали на уровне 4,5–8%, хром – до 28%.
  4. Мартенситные. Сплав с уменьшенным содержанием углерода, укрепляется методом закалки, благодаря чему долго не стареет.

Чаще всего используется химический состав нержавеющей стали аустенитного и ферритного типов в литом либо деформированном состоянии. Отдельная группа – хромомарганцевоникелевые сплавы, по структуре они сходны с хромоникелевыми.

Типы нержавеющих сплавов и их свойства

Как известно, для того чтобы железо стало коррозиеустойчивым, в него необходимо добавить какой-то цветной или благородный металл. В зависимости от того, какой состав металла нержавеющей стали, выделяют 3 его типа. Самая простая структура у марок 08X13 и 12X13, чаще всего используется в быту и промышленности, где нет высоких ударных нагрузок. Процент хрома в таких сплавах равен 13%. 8 и 12 в маркировке – это цифры, обозначающие процентное соотношение углерода.

Более высокое содержимое этого элемента (от 17%) делает нержавейку хорошо приспособленной к применению в самых агрессивных средах. Имеющаяся на поверхности металла оксидная пленка не позволяет образовываться окалине.

Химические свойства хромистых коррозиестойких сталей

Железо – основа любой стали – может обретать состояния, сопоставимые с периодами активности и покоя кристаллической решетки, которые являются определяющими для коррозионной выносливости. Более высокий показатель свидетельствует о большей пассивности металла.

Чаще всего встречаются сплавы высокой гибкости (образующиеся при закладке мартенситной структуры). Химически это чистый металл с насыщенным содержанием углерода в составе. Сюда относится быстрорежущая и пищевая нержавейка, из которой делают кухонную посуду и ножи. Такой металл отлично переносит контакт с веществами, оказывающими незначительное химическое воздействие.

Еще один тип – ферритные сплавы, магнитные. Кристаллическая решетка такого вещества имеет несколько иную структуру из-за наличия хрома. Такой состав пищевой нержавеющей стали также используется в производстве инструмента.

Что касается мартенситно-ферритных сплавов, то они сочетают качества двух предыдущих типов: прочны, устойчивы к деформации, имеют магнитный потенциал. Среди минусов – меньшая устойчивость к окислению.

Отличительные черты аустенитных сплавов

Так называемое γ-железо представляет собой прочный сплав с углеродом. Он подвергается коррозии даже при высоком содержании хрома (если в нем нет ниобия и титана). В таком случае проводится термообработка.

Другие свойства металла высокого уровня: прочность, технологичность, пластичность. Для производства кухонной утвари этот класс не пригоден из-за высокой аллергенности никеля.

Независимо от того, что входит в состав нержавеющей стали аустенитной, она всегда немагнитная. Однако при незначительном холодном изгибании магнитные свойства могут появиться, так как в этом случае аустенит трансформируется в феррит. Чтобы обеспечить прочность таких сплавов, уменьшается содержание углерода, но не более чем до 0,04%. В противном случае образуются карбиды. Нередко для улучшения прочности стали в состав добавляется связанный азот, образующий карбонитрид (например, марка Х17АГ14).

Другие составы имеют несколько иные параметры, например, аустенитно-мартенситные. Они менее устойчивы к коррозии, но более крепкие, тяжело поддаются температурной обработке. Преимущественно используются в производстве легких конструкций.

Аустенитно-ферритные сплавы содержат относительно небольшое количество никеля, благодаря чему их проще сваривать, выполняя швы высокого качества. Примером могут послужить марки 08Х22Н6Т или 12Х21Н5Т. Однако стоит заметить, что такие промежуточные составы менее пластичны и жаропрочны.

Формирование гидрида хрома в электроосаждаемом хроме, легированном водородом Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

■а о

Встановлено утворення гідриду хрому при електро-осадженні хрому, легованому воднем. Запропонована методика оцінки ступеню водненасичення електроо-саджуваних металів. Зроблено висновок, що наявність проміжних фаз в електроосаджених металах є наслідком кристалізації рідкої металевої фази, яка утворюється в процесі електрохімічного осадження металів. Одержаний результат доводить достовірність явища фазоутворення електроосаджуваних металів через стадію рідкого стану

Ключові слова: гідрид хрому, електроосаджуваний хром, легування, водень, проміжна фаза, електроосад-ження

□——————————————□

Установлено образование гидрида хрома при электроосаждении хрома, легированного водородом. Предложена методика оценки степени водородонасы-щения электроосаждаемых металлов. Сделан вывод, что наличие промежуточных фаз в электроосажден-ных металлах является следствием кристаллизации жидкой металлической фазы, образующейся в процессе электрохимического осаждения металлов. Полученный результат доказывает достоверность явления фазо-образования электроосаждаемых металлов через стадию жидкого состояния

Ключевые слова: гидрид хрома, электроосаждае-мый хром, легирование, водород, промежуточная фаза, электроосаждение ———————-□ □————————-

УДК 669.268

ФОРМИРОВАНИЕ ГИДРИДА ХРОМА В ЭЛЕКТРО-ОСАЖДАЕМОМ ХРОМЕ, ЛЕГИРОВАННОМ ВОДОРОДОМ

О. Б. Гирин

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой* Е-mail: [email protected] И. Д. Захаров Старший научный сотрудник* Е-mail: [email protected] *Кафедра материаловедения Украинский государственный химикотехнологический университет пр. Гагарина, 8, г. Днепропетровск, Украина, 49005

1. Введение

Согласно современным представлениям, фазообра-зование металла при электрохимическом осаждении в водном растворе происходит путем “встраивания” в его кристаллическую решетку ионов из водного раствора или атомов, образующихся на его поверхности. Различие в существующих концепциях состоит только в том, в каком месте на поверхности растущего осадка происходит разряд иона. Так, согласно концепции [1 — 4], преимущественный разряд иона происходит непосредственно в ”месте роста”, т. е. в месте “встраивания” иона в кристаллическую решетку осадка. По другой концепции [5 — 8], преимущественный разряд иона происходит в произвольном месте на поверхности катода (осадка) с последующей поверхностной диффузией атома к “месту роста”.

Вместе с тем ни одна из этих концепций, выдвинутых еще полвека тому назад, до сих пор не получила удовлетворительного экспериментального доказательства. В самом деле, совершенно отсутствуют ответына вопросы, каким же образом ион металла, находящийся в жидкой фазе с аморфной структурой одного вещества (водном растворе), непосредственно “встраивается” в твердую фазу с кристаллической структурой другого вещества (электроосаждаемого металла) и какие при этом происходят фазовые и структурные изменения осадка. Неясно также, в каком агрегатном состоянии находится электроосаждаемый металл, атомы которого диффундируют при комнат-

©

ной температуре на значительные расстояния к “местам роста”, и каковы должны быть значения энергии активации и коэффициента такой низкотемпературной диффузии.

Несмотря на гипотетичность рассматриваемых концепций, они вошли, как неоспоримый научный факт в современные зарубежные монографии [9 — 11] и в многочисленную учебную литературу. Кроме того, к настоящему времени накопилось много научных фактов (формирование промежуточных модификаций в электроосаждаемых полиморфных металлах, образование эвтектик в электроосажда-емых металлических сплавах и другие), которые противоречат современным воззрениям на формирование фаз и структуры металлов при электроосаждении.

На основе обобщения результатов экспериментальных и теоретических исследований недавно было установлено явление фазообразования электрооса-ждаемых металлов через стадию жидкого состояния [12 — 17]. Сущность этого явления состоит в том, что при электрохимическом осаждении металла в водной среде на твердый катод происходит образование переохлажденной металлической жидкости и быстрое ее затвердевание при температуре осаждения в виде кристаллической или/и аморфной фазы.

В работах [13 — 17] представлены экспериментальные доказательства достоверности обнаруженного явления и данная работа является продолжением исследований в этом направлении.

……………………………………..Е

2. Цель работы

V = т2/ у 2

(4)

Известно, что в процессе кристаллизации жидкой фазы переходного металла (например, хрома), легированного неметаллом значительной концентрации, имеющим небольшой атомный радиус (например, водородом), возникают промежуточные фазы с простыми кристаллическими решетками (например, гидриды) [18, 19]. Следовательно, если в электроосаж-денном хроме, легированном водородом, будет выявлен гидрид хрома, то этот факт будет свидетельствовать о справедливости рассматриваемого явления. В этой связи цель работы состоит в экспериментальной проверке достоверности явления фазообразования электроосаждаемых металлов через стадию жидкого состояния.

3. Материал и методика исследования

Образцы электроосажденного хрома, легированно-

го водородом, получали в водном электролите следующего состава: СгО3 — 100 г/л; h3SO4 — 5 г/л; НСООН —

3 мл/л. Температура осаждения составляла 20°С, плотность тока — от 20 до 40 А/дм2 (через каждые 10 А/дм2). В качестве анода использовали свинец, а в качестве катода — медь.

Рентгеновский фазовый анализ полученных образцов проводили на автоматизированном рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в монохроматизированном медном излучении (и = 20 кУ и I = 30 тА).

Для изыскания вариантов легирования водородом хрома в процессе его электроосаждения разработали методику оценки степени водородонасыщения элек-троосаждаемых металлов.

4. Методика оценки степени водородонасыщения электроосаждаемых металлов

Чтобы оценить степень насыщения водородом металла в процессе его электроосаждения определяли, во сколько раз объем водорода, выделяющегося на катоде, превышает объем электроосаждаемого металла. Так, примем, что за время осаждения т (ч) при выходе по току (отн. ед.) масса электроосажденного металла т! (г) будет равна:

т1 = к I Т Т|1, (1)

где к! — электрохимический эквивалент металла, г/А-ч; I — сила тока, А.

Тогда объем электроосажденного металла VI (см3) будет равен:

где к2 — электрохимический эквивалент водорода, г/А-ч; п2 — выход водорода по току, отн. ед.; у2 — плотность водорода, г/см3.

Величина У2/У1 будет служить мерой насыщения водородом электроосаждаемого металла и ее значение можно найти из соотношения:

У2/У = к2■ п ■ 71 / к ■ П -72. (5)

Оценим, например, степень водородонасыщения хрома, электроосаждаемого в электролите с концентрацией СгО3 100 г/л при температуре 20°С и плотности тока 30 А/дм2. В соответствии со справочными данными [20], значение величины п при данных условиях составляет 0,13 отн. ед. Тогда значение величины п2 можно в первом приближении принять равным 0,87 отн. ед. Согласно справочным данным [20], величины к, к2, у! и у2 имеют следующие значения: 0,324 г/А-ч; 0,038 г/А-ч; 7,19 г/см3 и 0,0940-3 г/см3 соответственно.

Подставляя вышеприведенные данные в соотношение (5), находим значение величины У2/Уь которое равняется 62700, т.е. при электроосаждении хрома объем выделяющегося на катоде водорода в 62700 раз превышает объем выделяющегося металла. Полученное значение У2/У1 свидетельствует о легировании хрома в процессе его электрокристаллизации водородом значительной концентрации.

Таким образом, предложена методика оценки степени водородонасыщения электроосаждаемых металлов, которая позволит прогнозировать легирование металлов водородом в процессе их электроосаждения.

5. Экспериментальные данные и их обсуждение

Как показал анализ экспериментальных данных, сплавы системы Сг-Н в условиях легирования водородом значительной концентрации кристаллизуются в виде гидрида хрома Сг2Н, который имеет гексагональную плотноупакованную решетку А3 со следующими параметрами: а = 0,272 нм и с = 0,444 нм. Так, на диф-рактограммах полученных образцов зафиксированы только дифракционные максимумы, принадлежащие фазе Сг2Н (рис. 1).

Образование электроосаждаемого сплава системы Сг-Н в виде промежуточной фазы Сг2Н подтверждается также данными табл. 1.

Таблица 1

Экспериментальные и справочные данные дифракционных характеристик гидрида хрома в электроосажденном хроме, легированном водородом

V = т1/ 71, (2)

где У1 — плотность металла, г/см3.H, полученного металлургическим методом в условиях, близких к равновесным. Незначительные отличия в значениях d/n обусловлены прежде всего тем, что процесс электроосаждения очень далек от равновесных условий получения металлов.

Следовательно, легирование электроосаждаемого хрома водородом приводит к возникновению гидрида хрома, что свидетельствует о справедливости рассматриваемого явления.

Ранее было установлено образование интерметал-лидов в электроосаждаемых сплавах двух металлов разной валентности и формирование карбидов в элек-троосаждаемых переходных металлах, легированных углеродом [16]. Возникновение в электроосаждаемых металлах и металлических сплавах промежуточных фаз (интерметаллидов, карбидов и гидридов), которые являются, как правило, продуктом фазовых превращений и структурных изменений, протекающих при кристаллизации металлической жидкости, является убедительным доказательством обсуждаемого явления.

Если допустить, что в соответствии с существующими представлениями [1 — 11] промежуточная фаза образуется путем “встраивания” в ее кристаллическую решетку ионов, доставляемых из объема электролита (либо атомов, образующихся на поверхности осадка), то следует помнить, что кристаллическая решетка промежуточной фазы коренным образом отличается от кристаллических решеток металлов, ионы или атомы которых принимают участие в ее построении.

Хорошо известно, что промежуточные фазы представляют собой химические соединения как металлов

с металлами, так и металлов с неметаллами. Основным признаком, характеризующим промежуточную фазу, является наличие собственной кристаллической решетки, которая отличается от кристаллических решеток образующих ее компонентов. Поэтому трудно представить формирование промежуточной фазы с собственной кристаллической решеткой, в которую “встраиваются” ионы или атомы электроосаждаемых металлов с другими кристаллическими решетками. Следовательно, наличие промежуточных фаз в элек-троосажденных металлах является следствием кристаллизации жидкой металлической фазы, образующейся в процессе электрохимического осаждения металлов.

Следует при этом отметить, что формирование промежуточных фаз также возможно и при некоторых технологических операциях термической обработки сплавов, находящихся в твердом состоянии (например, при отжиге, нормализации или старении). Однако для осуществления подобных операций требуются высокие температуры и/или длительные промежутки времени, несопоставимые с низкой температурой водного раствора, в котором происходит электрохимическое осаждение, и с длительностью этого процесса.

Действительно, процессы электрохимического осаждения металлов и сплавов в водных растворах их солей обычно протекают в пределах небольшого промежутка времени и при низких температурах (довольно часто — при комнатной температуре или выше ее на несколько десятков градусов, но никогда не превышают 100 °С). Поэтому возможное влияние термической обработки на фазовый состав и структуру металлических сплавов в процессе их электроосаждения представляется маловероятным.

Безусловно, в процессе электрохимического осаждения металлических материалов при разряде ионов на поверхности катода имеют место тепловые эффекты. Однако выделяемая при этом теплота сравнительно невелика и приводит к локальному повышению температуры в пределах нескольких градусов (или десятков градусов при высокоскоростных электродных процессах). Такое повышение температуры трудно рассматривать как термическую обработку, приводящую к фазовым превращениям в электроосаждаемых сплавах и металлах (например, формированию интерметалли-дов, карбидов, гидридов и других промежуточных фаз).

Таким образом, образование промежуточных фаз в виде интерметаллидов, карбидов и гидридов в элек-троосаждаемых металлических сплавах и металлах при низких температурах доказывает достоверность выявленного явления фазообразования электрооса-ждаемых металлов через стадию жидкого состояния.

6. Выводы

1. Установлено образование гидрида хрома в элек-троосаждаемом хроме, легированном водородом.

2. Предложена методика оценки степени водоро-донасыщения электроосаждаемых металлов, которая позволит прогнозировать легирование металлов водородом в процессе их электроосаждения.

3. Показано, что наличие промежуточных фаз в электроосажденных металлах является следствием

Е

кристаллизации жидкой металлической фазы, образующейся в процессе электрохимического осаждения металлов.

4. Образование промежуточных фаз в виде интер-металлидов, карбидов и гидридов в электроосаждае-

мых металлических сплавах и металлах при низких температурах доказывает достоверность явления фа-зообразования электроосаждаемых металлов через стадию жидкого состояния.

Литература

1. Brandes, H. Zur Theorie des Kristallwachstums [Text] / H. Brandes, M. Volmer // Zeitschrift fur physikalische Chemie. — 1931. -Bd. 155. — № 6. — Р. 466-470.

2. Странский, И. Н. К теории роста кристаллов и образования кристаллических зародышей [Текст] / И. Н. Странский, Р. Каи-

шев // Успехи физических наук. — 1939. — Т. 21. — № 4. — С. 408-465.

3. Горбунова, К. М. Элементарные процессы электрокристаллизации [Текст] / К. М. Горбунова, П. Д. Данков // Доклады Академии наук СССР. — 1945. — Т. 48. — № 1. — С. 15-18.

4. Горбунова, К. М. Кристаллохимическая теория реального роста кристаллов при электролизе [Текст] / К. М. Горбунова, П. Д. Данков // Успехи химии. — 1948. — Т. 17. — № 6. — С. 710-732.

5. Lorenz, W. Zur Theorie des elektrolytischen Kristallwachstums [Text] / W. Lorenz // Zeitschrift fur physikalische Chemie. — 1953. -Bd. 202. — № 3-4. — Р. 275-291.

6. Vermilyea, D. A. On the Theory of Electrolytic Crystal Growth [Text] / D. A. Vermilyea // Journal of Chemical Physics. — 1956. —

V. 25. — № 6. — P. 1254-1263.

7. Gerischer, H. Zum Mechanismus der elektrolytischen Abscheidung und Auflosung fester Metalle [Text] / H. Gerischer // Zeitschrift fur Elektrochemie. — 1958. — Bd. 62. — № 3. — S. 256-264.

8. Mehl, W. On the Mechanism of Electrolytic Deposition and Dissolution of Silver [Text] / W. Mehl, J. O’M. Bockris // Canadian Journal of Chemistry. — 1959. — V.37. — № 2. — P. 190-204.

9. Milchev, A. Electrocrystallization. Fundamentals of Nucleation and Growth [Text] / A. Milchev. — New York : Kluwer Academic Publishers, 2002. — 265 p.

10. Paunovic, M. Fundamentals of Electrochemical Deposition [Text] / M. Paunovic, M. Schlesinger — Hoboken : WILEY-INTERSCIENCE, 2006. — 375 p.

11. Budevski, E. Electrochemical Phase Formation and Growth [Text] / E. Budevski, G. Staikov, W. J. Lorenz — Weinheim : VCH, 2008. — 408 p.

12. Girin, O. B. Phenomenon of Precipitation of Metal Being Electrodeposited, Occurring via Formation of an Undercooled Liquid Metal Phase and its Subsequent Solidification. Part 1. Experimental Detection and Theoretical Grounding [Text] / O. B. Girin // Materials Development and Processing. — Weinheim : WILEY-VCH, 2000. — V 8. — P. 183-188.

13. Girin, O. B. Phenomenon of Precipitation of Metal Being Electrodeposited, Occurring via Formation of an Undercooled Liquid Metal Phase and its Subsequent Solidification. Part 2. Experimental Verification [Text] / O. B. Girin // Materials Development and Processing. — Weinheim : WILEY-VCH, 2000. — V. 8. — P. 189-194.

14. Girin, O. B. Phenomenon of Structure Formation of Metals being Electrodeposited via a Super-Cooled Metal Liquid, and its Use for the Development of Advanced Technologies of Depositing New Types of Protective Composite Coats on Canned Food Steel Sheet [Text] / O. B. Girin // Proc. of the 5th Int. Sci. Forum AFES. — Paris: Int. Acad. of Engn, 2004. — P. 142-147.

15. Girin, O. B. Phase Transformations in the Metallic Materials being Electrodeposited and Their Application for the Development of Advanced Technologies for Anticorrosive Protection of Canned-Food Steel Sheet [Text] / O. B. Girin // Materials Science Forum. -2007. — V. 561-565. — P. 2369-2372.

16. Girin, O. B. Phase and Structure Formation of Metallic Materials Electrodeposited via a Liquid State Stage: New Experimental Proof [Text] / O. B. Girin // Defect and Diffusion Forum. — 2010. — V. 303-304. — P. 99-105.

17. Girin, O. B. Phase Formation through a Stage of Liquid State in Metallic Materials being Electrodeposited: Recent Experimental Proofs [Text] / O. B. Girin // International Journal of Material Science. — 2012. — V. 2. — №4. — P. 108-118.

18. Михеева, В. И. Гидриды переходных металлов [Текст] : монография / В. И. Михеева. — М. : АН СССР, 1960. — 212 с.

19. Гельд, В. П. Водород в металлах и сплавах [Текст] : монография / В. П. Гельд, Р. А. Рябов. — М. : Металлургия, 1974. — 272 с.

20. Ямпольский, А. М. Краткий справочник гальванотехника [Текст] / А. М. Ямпольский, В. А. Ильин. — Л. : Машиностроение, 1981. — 269 с.

3

Люстра Crystal Lux Tandem TANDEM SP4 D410 CHROME в наличии за 23900₽ — подвесная, черная с хромом | LUSTRAM

Место размещения:
Комната / помещение / пространство дом/ квартира/ комната
Площадь освещения ?

Указана примерная площадь (расчет произведен на основании данных о мощности или световом потоке рекомендуемых лампочек или установленных светодиодов). При подборе светильника следует учитывать цвет и материал плафонов и абажуров, цвет стен, полов, потолков и предметов обстановки в помещении, высоту потолков, угол падения света. Тип и мощность используемых лампочек также влияют на яркость светильника.

12 м²
Место установки потолок
Степень пылевлагозащиты IP20
Размеры:
Высота без учета подвеса 41 см
Максимальная высота 141 см
Длина подвеса 100 см
Диаметр 32 см
Светотехнические характеристики:
Лампочки светодиодная/накаливания 4xE14x60W
Лампочки в комплекте нет
Диммирование ?

регулировка яркости

есть возможность диммирования при использовании ламп накаливания или диммируемых светодиодных ламп / требуется приобретение и установка диммера
Напряжение 220 V
Требуется приобрести трансформатор нет
Внешний вид:
Цвет каркаса хром, черный
Цвет плафонов хром, черный, белый
Материал каркаса гальванизированный металл
Материал плафонов гальванизированный металл, нефрит
Стиль кантри / винтаж / американский / замковый
Форма многогранник
Технические характеристики:
Конструкция планка / накладное крепление / цепь / свет вверх / каркас, защитная решетка / с плафонами/абажурами / без подвесок
Количество плафонов 1
Упаковочные данные:
Длина упаковки 37 см
Ширина упаковки 36,5 см
Высота упаковки 51 см
Объем упаковки 0,0689 м³
Масса брутто 5,86 кг

% PDF-1.6 % 1 0 объект > эндобдж 4 0 obj > эндобдж 2 0 obj > транслировать 2012-05-30T12: 04: 50 + 03: 002012-05-30T12: 04: 45 + 03: 002012-05-30T12: 04: 50 + 03: 00application / pdfuuid: 921469d6-4881-412d-9598-eebd

00auuid: 29db90c1-f860-4cab-bbe3-286eec5ded96 конечный поток эндобдж 3 0 obj > эндобдж 5 0 obj > / XObject> / Шрифт> >> / MediaBox [0 0 594.95996 840.95996] / Аннотации [19 0 R 20 0 R 21 0 R 22 0 R 23 0 R 24 0 R 25 0 R 26 0 R 27 0 R] / Содержание 28 0 руб. / StructParents 0 / Родитель 3 0 R >> эндобдж 6 0 obj > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] >> / Тип / Страница >> эндобдж 7 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] >> / Тип / Страница >> эндобдж 8 0 объект > / Шрифт> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] >> / Тип / Страница / Аннотации [55 0 R] >> эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > транслировать xyp} h if & i22S4dIҤMIv1M6N2iCMdhJƷ | `cc | bԧ $> uCƦHZmp: ˫ ߻ Z ~ Ϯ} ww? ~ _R ​​

Решетчатые структуры в кристаллических твердых телах

Результаты обучения

  • Опишите расположение атомов и ионов в кристаллических структурах
  • Вычислить ионные радиусы, используя размеры элементарной ячейки
  • Объяснить использование измерений дифракции рентгеновских лучей для определения кристаллических структур

Более 90% твердых веществ природного и антропогенного происхождения являются кристаллическими.Большинство твердых тел образуются с регулярным расположением своих частиц, потому что общее притягивающее взаимодействие между частицами максимизируется, а общая межмолекулярная энергия сводится к минимуму, когда частицы упаковываются наиболее эффективным образом. Регулярное расположение на атомном уровне часто отражается на макроскопическом уровне. В этом модуле мы исследуем некоторые детали структур металлических и ионных кристаллических твердых тел и узнаем, как эти структуры определяются экспериментально.

Структуры металлов

Мы начнем обсуждение кристаллических твердых тел с рассмотрения элементарных металлов, которые относительно просты, поскольку каждый содержит только один тип атомов. Чистый металл — это кристаллическое твердое тело, атомы которого плотно упакованы в повторяющийся узор. Некоторые свойства металлов в целом, такие как их пластичность и пластичность, во многом обусловлены наличием одинаковых атомов, расположенных в правильном порядке. Различные свойства одного металла по сравнению с другим частично зависят от размеров их атомов и особенностей их пространственного расположения.В следующих разделах мы исследуем сходства и различия четырех наиболее распространенных геометрических форм металлических кристаллов.

Элементарные ячейки металлов

Структуру кристаллического твердого вещества, будь то металл или нет, лучше всего описать, рассматривая его простейшую повторяющуюся единицу, которая упоминается как ее элементарная ячейка . Элементарная ячейка состоит из узлов решетки, которые представляют расположение атомов или ионов. Вся структура состоит из этой элементарной ячейки, повторяющейся в трех измерениях, как показано на рисунке 1.

Рис. 1. Элементарная ячейка показывает расположение точек решетки, повторяющихся во всех направлениях.

Давайте начнем наше исследование структуры кристаллической решетки и элементарных ячеек с самой простой структуры и самой простой элементарной ячейки. Чтобы визуализировать это, представьте, что вы берете большое количество одинаковых сфер, таких как теннисные мячи, и равномерно размещаете их в контейнере. Самый простой способ сделать это — создать слои, в которых сферы в одном слое находятся прямо над сферами в слое ниже, как показано на рисунке 2.Эта конструкция называется простой кубической структурой , а элементарная ячейка называется простой кубической элементарной ячейкой или примитивной кубической элементарной ячейкой.

Рис. 2. Когда атомы металла расположены сферами в одном слое непосредственно над или под сферами в другом слое, структура решетки называется простой кубической. Обратите внимание, что сферы соприкасаются.

В простой кубической структуре сферы не упакованы так плотно, как могли бы, и они «заполняют» только около 52% объема контейнера.Это относительно неэффективное устройство, и только один металл (полоний, Po) кристаллизуется в простой кубической структуре. Как показано на рисунке 3, твердое тело с таким расположением состоит из плоскостей (или слоев), в которых каждый атом контактирует только с четырьмя ближайшими соседями в своем слое; один атом прямо над ним в верхнем слое; и один атом прямо под ним в слое ниже. Число других частиц, с которыми контактирует каждая частица в кристаллическом твердом теле, известно как его координационное число .Следовательно, для атома полония в простом кубическом массиве координационное число равно шести.

Рис. 3. Атом в структуре простой кубической решетки контактирует с шестью другими атомами, поэтому его координационное число равно шести.

В простой кубической решетке элементарная ячейка, повторяющаяся во всех направлениях, представляет собой куб, определяемый центрами восьми атомов, как показано на рисунке 4. Атомы в соседних углах этой элементарной ячейки контактируют друг с другом, поэтому длина ребра этой ячейки ячейка равна двум атомным радиусам или одному атомному диаметру.Кубическая элементарная ячейка содержит только те части этих атомов, которые находятся в ней. Поскольку атом в углу простой кубической элементарной ячейки состоит в общей сложности из восьми элементарных ячеек, только одна восьмая этого атома находится в конкретной элементарной ячейке. А поскольку каждая простая кубическая элементарная ячейка имеет по одному атому в каждом из восьми «углов», в одной простой кубической элементарной ячейке находится [латекс] 8 \ times \ frac {1} {8} = 1 [/ latex] атом.

Рис. 4. Элементарная ячейка простой кубической решетки содержит по одной восьмой атома в каждом из восьми углов, так что всего она содержит один атом.

Пример 1:

Расчет атомного радиуса и плотности металлов, часть 1

Длина ребра элементарной ячейки альфа-полония составляет 336 мкм.

  1. Определите радиус атома полония.
  2. Определите плотность альфа-полония.
Показать решение

Альфа-полоний кристаллизуется в простой кубической элементарной ячейке:

  1. Два соседних атома По контактируют друг с другом, поэтому длина края этой ячейки равна двум атомным радиусам По: [латекс] l = 2r [/ латекс].Следовательно, радиус Po равен [latex] r = \ dfrac {\ text {l}} {2} = \ dfrac {\ text {336 pm}} {2} = \ text {168 pm} [/ latex].
  2. Плотность задается как [латекс] \ text {density} = \ dfrac {\ text {mass}} {\ text {volume}} [/ latex]. Плотность полония можно определить, определив плотность его элементарной ячейки (масса, содержащаяся в элементарной ячейке, деленная на объем элементарной ячейки). Поскольку элементарная ячейка По содержит одну восьмую атома По в каждом из восьми углов, элементарная ячейка содержит один атом По.

Массу элементарной ячейки По можно найти по формуле:

[латекс] \ text {1 элементарная ячейка Po} \ times \ dfrac {\ text {1 атом Po}} {\ text {1 элементарная ячейка Po}} \ times \ dfrac {\ text {1 моль Po}} {6 .{3} [/ латекс]

Поскольку фактическая плотность Ni не близка к этой, Ni не образует простой кубической структуры.

Большинство металлических кристаллов являются одним из четырех основных типов элементарных ячеек. А пока мы сосредоточимся на трех кубических элементарных ячейках: простая кубическая (которую мы уже видели), объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка и гранецентрированная кубическая элементарная ячейка — все они показаны на рисунке 5. (Обратите внимание, что на самом деле существует семь различных систем решеток, некоторые из которых имеют более одного типа решетки, всего 14 различных типов элементарных ячеек.Мы оставляем более сложные геометрические формы на потом в этом модуле.)

Рис. 5. Кубические элементарные ячейки металлов показывают (на верхних рисунках) расположение узлов решетки и (на нижних рисунках) атомов металла, расположенных в элементарной ячейке.

Некоторые металлы кристаллизуются в структуре, которая имеет кубическую элементарную ячейку с атомами во всех углах и атомом в центре, как показано на рисунке 6. Это называется объемно-центрированным кубическим (ОЦК) твердым телом . Атомы в углах элементарной ячейки ОЦК не контактируют друг с другом, а контактируют с атомом в центре.Элементарная ячейка BCC содержит два атома: по одной восьмой атома в каждом из восьми углов ([latex] 8 \ times \ frac {1} {8} = 1 [/ latex] атом от углов) плюс один атом от центр. Любой атом в этой структуре касается четырех атомов в слое над ним и четырех атомов в слое под ним. Таким образом, атом в структуре ОЦК имеет координационное число восемь.

Рис. 6. В объемно-центрированной кубической структуре атомы в определенном слое не касаются друг друга. Каждый атом касается четырех атомов в слое выше и четырех атомов в слое ниже.

Атомы в структурах BCC упакованы намного эффективнее, чем в простой кубической структуре, занимая около 68% от общего объема. Изоморфные металлы со структурой BCC включают K, Ba, Cr, Mo, W и Fe при комнатной температуре. (Элементы или соединения, которые кристаллизуются с одинаковой структурой, называются изоморфными .)

Многие другие металлы, такие как алюминий, медь и свинец, кристаллизуются в структуре, которая имеет кубическую элементарную ячейку с атомами во всех углах и в центре каждой грани, как показано на рисунке 7.Такое расположение называется гранецентрированным кубическим телом (ГЦК) . Элементарная ячейка FCC содержит четыре атома: по одной восьмой атома в каждом из восьми углов ([латекс] 8 \ times \ frac {1} {8} = 1 [/ latex] атом от углов) и половина атома на каждой из шести граней ([латекс] 6 \ times \ frac {1} {2} = 3 [/ латекс] атома от граней). Атомы в углах касаются атомов в центрах смежных граней по диагоналям граней куба. Поскольку атомы находятся в идентичных узлах решетки, они имеют идентичное окружение.

Рис. 7. Гранецентрированное кубическое твердое тело имеет атомы в углах и, как следует из названия, в центрах граней его элементарных ячеек.

Атомы в системе ГЦК упакованы как можно ближе друг к другу, причем атомы занимают 74% объема. Эта структура также называется кубической плотнейшей упаковки (CCP) . В CCP есть три повторяющихся слоя гексагонально расположенных атомов. Каждый атом контактирует с шестью атомами в своем собственном слое, с тремя в слое выше и с тремя в слое ниже.В этом расположении каждый атом касается 12 ближайших соседей и, следовательно, имеет координационное число 12. Тот факт, что схемы FCC и CCP эквивалентны, может быть не сразу очевиден, но почему они на самом деле являются одной и той же структурой, показано на рисунке 8.

Рис. 8. Схема CCP состоит из трех повторяющихся слоев (ABCABC…) гексагонально расположенных атомов. Атомы в структуре CCP имеют координационное число 12, потому что они контактируют с шестью атомами в своем слое, плюс три атома в слое выше и три атома в слое ниже.Поворачивая перспективу, мы видим, что структура CCP имеет элементарную ячейку с гранью, содержащей атом из слоя A в одном углу, атомы из слоя B по диагонали (в двух углах и в середине лица) и атом из слоя C в оставшемся углу. Это то же самое, что и гранецентрированное кубическое расположение.

Поскольку более тесная упаковка максимизирует общее притяжение между атомами и минимизирует общую межмолекулярную энергию, атомы в большинстве металлов упаковываются таким образом.Мы находим два типа плотнейшей упаковки в простых металлических кристаллических структурах: CCP, с которой мы уже сталкивались, и гексагональной плотнейшей упаковки (HCP) , показанной на рисунке 9. Оба типа состоят из повторяющихся слоев гексагонально расположенных атомов. В обоих типах второй слой (B) помещается на первый слой (A), так что каждый атом во втором слое контактирует с тремя атомами в первом слое. Третий слой размещается одним из двух способов. В HCP атомы в третьем слое находятся непосредственно над атомами в первом слое (т.е.е., третий слой также относится к типу A), и стопка состоит из чередующихся плотно упакованных слоев типа A и типа B (то есть ABABAB). В CCP атомы в третьем слое не находятся над атомами в любом из первых двух слоев (т. Е. Третий слой относится к типу C), а наложение состоит из чередующихся плотноупакованных слоев типа A, типа B и типа C ( т.е. ABCABCABC ⋯). Около двух третей всех металлов кристаллизуются в плотноупакованных массивах с координационным числом 12. Металлы, которые кристаллизуются в структуре HCP, включают Cd, Co, Li, Mg, Na и Zn, а металлы, которые кристаллизуются в структуре CCP, включают Ag , Al, Ca, Cu, Ni, Pb и Pt.

Рис. 9. В обоих типах плотнейшей упаковки атомы упакованы максимально компактно. Гексагональная плотнейшая упаковка состоит из двух чередующихся слоев (ABABAB…). Плотнейшая кубическая упаковка состоит из трех чередующихся слоев (ABCABCABC…).

Пример 2:

Расчет атомного радиуса и плотности металлов, часть 2

Кальций кристаллизуется в гранецентрированной кубической структуре. Длина ребра его элементарной ячейки составляет 558,8 мкм.

  1. Каков атомный радиус Са в этой структуре?
  2. Рассчитайте плотность Ca.{2}} {16}} = \ text {197,6 pmg для радиуса Ca} [/ latex].

    Часть 2

    Плотность задается как [латекс] \ text {density} = \ dfrac {\ text {mass}} {\ text {volume}} [/ latex]. Плотность кальция можно определить, определив плотность его элементарной ячейки: например, массу, содержащуюся в элементарной ячейке, деленную на объем элементарной ячейки. Гранецентрированная элементарная ячейка Ca имеет одну восьмую атома в каждом из восьми углов [латекс] \ left (8 \ times \ dfrac {1} {8} = 1 \ text {atom} \ right) [/ latex ] и по половине атома на каждой из шести граней [латекс] \ left (6 \ times \ dfrac {1} {2} = 3 \ text {atom} \ right) [/ latex], всего четыре атома в элементарной ячейке.{3} [/ латекс]

    Проверьте свои знания

    Серебро кристаллизуется в структуре FCC. Длина ребра его элементарной ячейки 409 мкм.

    1. Каков атомный радиус Ag в этой структуре?
    2. Рассчитайте плотность Ag.

    В общем, элементарная ячейка определяется длиной трех осей ( a , b и c ) и углами (α, β и γ) между ними, как показано на рисунке 10.. оси определяются как длины между точками пространственной решетки.Следовательно, оси элементарной ячейки соединяют точки с идентичной средой.

    Рис. 10. Элементарная ячейка определяется длиной трех ее осей (a, b и c) и углами (α, β и γ) между осями.

    Существует семь различных систем решеток, некоторые из которых имеют более одного типа решетки, всего четырнадцать различных элементарных ячеек, которые имеют форму, показанную на рисунке 11.

    Рис. 11. Существует семь различных систем решеток и 14 различных элементарных ячеек.

    Структура ионных кристаллов

    Ионные кристаллы состоят из двух или более различных типов ионов, которые обычно имеют разные размеры. Упаковка этих ионов в кристаллическую структуру более сложна, чем упаковка атомов металла того же размера.

    Большинство одноатомных ионов ведут себя как заряженные сферы, и их притяжение для ионов противоположного заряда одинаково во всех направлениях. Следовательно, стабильные структуры для ионных соединений возникают (1), когда ионы одного заряда окружены как можно большим количеством ионов противоположного заряда, и (2) когда катионы и анионы контактируют друг с другом.Структуры определяются двумя основными факторами: относительными размерами ионов и соотношением количества положительных и отрицательных ионов в соединении.

    Рис. 12. Катионы могут занимать два типа дырок между анионами: октаэдрические дырки или тетраэдрические дырки.

    В простых ионных структурах мы обычно находим анионы, которые обычно больше, чем катионы, расположенные в виде плотноупакованного массива. (Как было замечено ранее, дополнительные электроны, притянутые к одному и тому же ядру, делают анионы больше, а меньшее количество электронов, притягиваемых к тому же ядру, делает катионы меньше по сравнению с атомами, из которых они образованы.Катионы меньшего размера обычно занимают один из двух типов отверстий, (или пустот), оставшихся между анионами. Меньшее из отверстий находится между тремя анионами в одной плоскости и одним анионом в соседней плоскости. Четыре аниона, окружающие это отверстие, расположены по углам тетраэдра, поэтому отверстие называется тетраэдрическим отверстием и . Дыра большего размера находится в центре шести анионов (три в одном слое и три в соседнем слое), расположенных в углах октаэдра; это называется октаэдрическим отверстием .На рисунке 12 показаны оба этих типа отверстий.

    В зависимости от относительных размеров катионов и анионов, катионы ионного соединения могут занимать тетраэдрические или октаэдрические дырки, как показано на рисунке 13. Относительно небольшие катионы занимают тетраэдрические дырки, а более крупные катионы занимают октаэдрические дырки. Если катионы слишком велики, чтобы поместиться в октаэдрические отверстия, анионы могут принять более открытую структуру, такую ​​как простой кубический массив. Тогда более крупные катионы могут занять большие кубические отверстия, что стало возможным благодаря более открытому пространству.

    Рис. 13. Размер катиона и форма отверстия, занимаемого соединением, напрямую связаны.

    Есть две тетраэдрические дырки для каждого аниона в массиве анионов HCP или CCP. Соединение, которое кристаллизуется в виде плотноупакованного массива анионов с катионами в тетраэдрических отверстиях, может иметь максимальное соотношение катион: анион 2: 1; все тетраэдрические отверстия заполнены при этом соотношении. Примеры включают Li 2 O, Na 2 O, Li 2 S и Na 2 S.Соединения с соотношением менее 2: 1 могут также кристаллизоваться в виде плотноупакованного массива анионов с катионами в тетраэдрических отверстиях, если их размер соответствует. Однако в этих соединениях часть тетраэдрических дырок остается вакантной.

    Пример 3:

    Заполнение четырехгранных отверстий

    Сульфид цинка является важным промышленным источником цинка, а также используется в качестве белого пигмента в красках. Сульфид цинка кристаллизуется с ионами цинка, занимающими половину тетраэдрических отверстий в плотноупакованном массиве сульфид-ионов.Какая формула сульфида цинка?

    Показать решение

    Поскольку на каждый анион (сульфид-ион) приходится две тетраэдрических дырки и половина этих дырок занята ионами цинка, должно быть [latex] \ frac {1} {2} \ times 2 [/ latex], или 1 , ион цинка на сульфид-ион. Таким образом, формула ZnS.

    Проверьте свои знания

    Селенид лития можно описать как плотнейшую упаковку селенид-ионов с ионами лития во всех тетраэдрических дырках. Какая у него формула селенида лития?

    Отношение октаэдрических дырок к анионам в структуре HCP или CCP составляет 1: 1.Таким образом, соединения с катионами в октаэдрических дырках в плотноупакованном массиве анионов могут иметь максимальное соотношение катион: анион 1: 1. Например, в NiO, MnS, NaCl и KH все октаэдрические отверстия заполнены. Отношения менее 1: 1 наблюдаются, когда некоторые из октаэдрических отверстий остаются пустыми.

    Пример 4:

    Стехиометрия ионных соединений

    Сапфир — оксид алюминия. Оксид алюминия кристаллизуется с ионами алюминия в двух третях октаэдрических отверстий в плотноупакованном массиве оксидных ионов.Какая формула у оксида алюминия?

    Показать решение

    Поскольку на каждый анион (оксидный ион) приходится одна октаэдрическая дырка и только две трети этих дырок заняты, отношение алюминия к кислороду должно быть [латекс] \ frac {2} {3} [/ латекс]: 1, что даст [латекс] {\ text {Al}} _ {2 \ text {/} 3} \ text {O} [/ latex]. Простейшее целочисленное отношение 2: 3, поэтому формула Al 2 O 3 .

    Проверьте свои знания

    Белый пигмент оксида титана кристаллизуется с ионами титана в половине октаэдрических отверстий в плотноупакованном массиве оксидных ионов.Какая формула оксида титана?

    В простом кубическом массиве анионов есть одно кубическое отверстие, которое может быть занято катионом для каждого аниона в массиве. В CsCl и других соединениях с такой же структурой все кубические дырки заняты. Половина кубических дырок занята в SrH 2 , UO 2 , SrCl 2 и CaF 2 .

    Различные типы ионных соединений часто кристаллизуются в одной и той же структуре, если относительные размеры их ионов и их стехиометрия (две основные характеристики, определяющие структуру) схожи.

    Элементарные ячейки ионных соединений

    Многие ионные соединения кристаллизуются с кубическими элементарными ячейками, и мы будем использовать эти соединения для описания общих особенностей ионных структур.

    Когда ионное соединение состоит из катионов и анионов одинакового размера в соотношении 1: 1, оно обычно образует простую кубическую структуру. Примером этого является хлорид цезия, CsCl (проиллюстрированный на Фигуре 14), причем Cs + и Cl имеют радиусы 174 мкм и 181 мкм соответственно.Мы можем представить это как ионы хлорида, образующие простую кубическую элементарную ячейку с ионом цезия в центре; или в виде ионов цезия, образующих элементарную ячейку с ионом хлорида в центре; или как простые кубические элементарные ячейки, образованные ионами Cs + , перекрывающими элементарные ячейки, образованные ионами Cl . Ионы цезия и ионы хлора соприкасаются по диагоналям тела элементарных ячеек. Один ион цезия и один ион хлорида присутствуют в элементарной ячейке, что дает стехиометрию 1: 1, требуемую формулой для хлорида цезия.Обратите внимание, что в центре ячейки нет точки решетки, и CsCl не является структурой BCC, потому что ион цезия не идентичен иону хлорида.

    Рис. 14. Ионные соединения с катионами и анионами аналогичного размера, такие как CsCl, обычно образуют простую кубическую структуру. Их можно описать элементарными ячейками с катионами по углам или анионами по углам.

    Мы сказали, что расположение точек решетки произвольно. Это иллюстрируется альтернативным описанием структуры CsCl, в которой узлы решетки расположены в центрах ионов цезия.В этом описании ионы цезия расположены в точках решетки в углах ячейки, а ион хлорида расположен в центре ячейки. Две элементарные ячейки разные, но они описывают идентичные структуры.

    Когда ионное соединение состоит из катионов и анионов в соотношении 1: 1, которые значительно различаются по размеру, оно обычно кристаллизуется с помощью элементарной ячейки FCC, как показано на рисунке 15. Хлорид натрия, NaCl, является примером этого. с Na + и Cl с радиусами 102 и 181 мкм соответственно.Мы можем представить это как ионы хлора, образующие ячейку FCC, причем ионы натрия расположены в октаэдрических отверстиях в середине краев ячейки и в центре ячейки. Ионы натрия и хлора соприкасаются друг с другом по краям ячейки. Элементарная ячейка содержит четыре иона натрия и четыре иона хлорида, что дает стехиометрию 1: 1, требуемую формулой NaCl.

    Рис. 15. Ионные соединения с анионами, которые намного крупнее катионов, например NaCl, обычно образуют структуру FCC. Их можно описать элементарными ячейками ГЦК с катионами в октаэдрических дырках.

    Кубическая форма сульфида цинка, цинковая обманка, также кристаллизуется в элементарной ячейке FCC, как показано на рисунке 16. Эта структура содержит ионы сульфида в узлах решетки решетки FCC. (Расположение сульфид-ионов идентично расположению хлорид-ионов в хлориде натрия.) Радиус иона цинка составляет всего около 40% от радиуса сульфид-иона, поэтому эти маленькие ионы Zn 2+ расположены в чередование четырехгранных отверстий, то есть в одной половине четырехгранных отверстий.В элементарной ячейке четыре иона цинка и четыре иона сульфида, что дает эмпирическую формулу ZnS.

    Рис. 16. ZnS, сульфид цинка (или цинковая обманка) образуют элементарную ячейку FCC с ионами сульфида в узлах решетки и гораздо меньшими ионами цинка, занимающими половину тетраэдрических отверстий в структуре.

    Элементарная ячейка с фторидом кальция, подобная той, что показана на рисунке 17, также является элементарной ячейкой FCC, но в этом случае катионы расположены в точках решетки; эквивалентные ионы кальция расположены в узлах решетки ГЦК-решетки.Все тетраэдрические позиции в массиве ГЦК ионов кальция заняты ионами фтора. В элементарной ячейке четыре иона кальция и восемь ионов фтора, что дает соотношение кальций: фтор 1: 2 в соответствии с химической формулой CaF 2 . Внимательное изучение рисунка 17 покажет простой кубический массив ионов фтора с ионами кальция в одной половине кубических дырок. Структура не может быть описана в терминах пространственной решетки , точек на фторид-ионах, потому что не все фторид-ионы имеют одинаковое окружение.Ориентация четырех ионов кальция относительно ионов фтора различается.

    Рис. 17. Фторид кальция, CaF 2 , образует элементарную ячейку ГЦК с ионами кальция (зеленый) в узлах решетки и ионами фтора (красный), занимающими все тетраэдрические узлы между ними.

    Расчет ионных радиусов

    Если мы знаем длину края элементарной ячейки ионного соединения и положение ионов в ячейке, мы можем вычислить ионные радиусы для ионов в соединении, если мы сделаем предположения об индивидуальных формах ионов и контактах.

    Пример 5:

    Расчет ионных радиусов

    Длина края элементарной ячейки LiCl (NaCl-подобная структура, FCC) составляет 0,514 нм или 5,14 Å. Предполагая, что ион лития достаточно мал, чтобы ионы хлора контактировали, как на рисунке 15, рассчитайте ионный радиус для иона хлорида.

    Примечание: Единица измерения длины, ангстрема, Å, часто используется для представления размеров в атомном масштабе и эквивалентна 10 −10 м.

    Показать решение

    На лицевой стороне элементарной ячейки LiCl ионы хлора контактируют друг с другом по диагонали грани:

    Рисуя прямоугольный треугольник на лицевой стороне элементарной ячейки, мы видим, что длина диагонали равна четырем радиусам хлорида (один радиус от каждого углового хлорида и один диаметр, равный двум радиусам, от иона хлорида в центре). грани), поэтому d = 4 r .{2}} {16}} = \ text {0,182 нм} [/ latex] (1,82 Å) для радиуса

    Cl
    Проверьте свои знания

    Длина ребра элементарной ячейки KCl (NaCl-подобная структура, ГЦК) составляет 6,28 Å. Предполагая, что анион-катионный контакт проходит по краю ячейки, рассчитайте радиус иона калия. Радиус хлорид-иона составляет 1,82 Å.

    Показать решение

    Радиус иона калия 1,33 Å.

    Важно понимать, что значения ионных радиусов, рассчитанные из длин краев элементарных ячеек, зависят от множества предположений, таких как идеальная сферическая форма для ионов, которые в лучшем случае являются приблизительными.Следовательно, такие расчетные значения сами по себе являются приблизительными, и сравнения нельзя зайти слишком далеко. Тем не менее, этот метод оказался полезным для расчета ионных радиусов на основе экспериментальных измерений, таких как рентгеновские кристаллографические определения.

    Рентгеновская кристаллография

    Размер элементарной ячейки и расположение атомов в кристалле могут быть определены из измерений дифракции рентгеновских лучей на кристалле, называемых рентгеновской кристаллографией . Дифракция — это изменение направления движения, которое испытывает электромагнитная волна, когда она встречает физический барьер, размеры которого сопоставимы с размерами длины волны света. Рентгеновские лучи — это электромагнитное излучение с длиной волны, равной расстоянию между соседними атомами в кристаллах (порядка нескольких Å).

    Когда пучок монохроматических рентгеновских лучей попадает на кристалл, его лучи рассеиваются во всех направлениях атомами внутри кристалла.Когда рассеянные волны, распространяющиеся в одном направлении, сталкиваются друг с другом, они претерпевают интерференцию , процесс, посредством которого волны объединяются, приводя к увеличению или уменьшению амплитуды (интенсивности) в зависимости от степени, в которой максимумы объединяющихся волн находятся разделены (см. рисунок 18).

    Рис. 18. Световые волны, занимающие одно и то же пространство, испытывают интерференцию, объединяясь, давая волны большей (а) или меньшей (б) интенсивности, в зависимости от разделения их максимумов и минимумов.

    Когда рентгеновские лучи определенной длины волны λ рассеиваются атомами в соседних кристаллических плоскостях, разделенных расстоянием, d , они могут претерпевать конструктивную интерференцию, когда разница между расстояниями, пройденными двумя волнами до их объединения, составляет целочисленный коэффициент длины волны n . Это условие выполняется, когда угол дифрагированного луча, θ , связан с длиной волны и межатомным расстоянием уравнением:

    [латекс] n {\ lambda} = 2d \ text {sin} \ theta [/ latex]

    Это соотношение известно как уравнение Брэгга в честь У.Х. Брэгг, английский физик, первым объяснивший это явление. На рисунке 19 показаны два примера дифрагированных волн от одних и тех же двух плоскостей кристалла. На рисунке слева изображены волны, дифрагированные под углом Брэгга, приводящие к конструктивной интерференции, а на рисунке справа показаны дифракция и другой угол, который не удовлетворяет условию Брэгга, что приводит к деструктивной интерференции.

    Рис. 19. Дифракция рентгеновских лучей, рассеянных атомами внутри кристалла, позволяет определить расстояние между атомами.Верхнее изображение показывает конструктивную интерференцию между двумя рассеянными волнами и результирующей дифрагированной волной высокой интенсивности. На нижнем изображении показаны деструктивная интерференция и дифрагированная волна низкой интенсивности.

    Посетите раздел «Что такое закон Брэгга и почему он важен?» для получения дополнительных сведений об уравнении Брэгга и симуляторе, который позволяет исследовать влияние каждой переменной на интенсивность дифрагированной волны.

    Рентгеновский дифрактометр, такой как тот, что показан на рисунке 20, может использоваться для измерения углов, под которыми рентгеновские лучи дифрагируют при взаимодействии с кристаллом, как описано выше.Из таких измерений можно использовать уравнение Брэгга для вычисления расстояний между атомами, как показано в следующем примере упражнения.

    Рис. 20. В дифрактометре (a) луч рентгеновских лучей попадает на кристаллический материал, создавая картину дифракции рентгеновских лучей (b), которую можно проанализировать для определения кристаллической структуры.

    Вы можете просмотреть стенограмму «Празднование кристаллографии — анимационное приключение» здесь (открывается в новом окне).

    Пример 6:

    Использование уравнения Брэгга

    В дифрактометре рентгеновские лучи с длиной волны 0.1315 нм были использованы для получения дифракционной картины для меди. Дифракция первого порядка ( n = 1) произошла под углом θ = 25,25 °. Определите расстояние между дифрагирующими плоскостями в меди.

    Показать решение

    Расстояние между плоскостями находится путем решения уравнения Брэгга, n λ = 2 d sin θ , для d .

    Это дает: [латекс] d = \ dfrac {n \ lambda} {2 \ sin \ theta} = \ dfrac {1 \ left (0,1315 \ text {nm} \ right)} {2 \ sin \ left (25.{\ circ} \ right)} = 0,154 \ text {nm} [/ latex]

    Проверьте свои знания

    Кристалл с расстоянием между плоскостями 0,394 нм дифрагирует рентгеновские лучи с длиной волны 0,147 нм. Каков угол дифракции первого порядка?

    Портрет химика: рентгеновский кристаллограф Розалинд Франклин

    Рис. 21. На этой иллюстрации показано изображение дифракции рентгеновских лучей, подобное тому, которое Франклин нашла в своем исследовании. (кредит: Национальный институт здоровья)

    Открытие структуры ДНК в 1953 году Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном — одно из величайших достижений в истории науки.Они были удостоены Нобелевской премии 1962 года по физиологии и медицине вместе с Морисом Уилкинсом, предоставившим экспериментальное доказательство структуры ДНК. Британский химик Розалинд Франклин внесла неоценимый вклад в это грандиозное достижение благодаря своей работе по измерению рентгеновских дифракционных изображений ДНК. В начале своей карьеры исследования Франклин структуры углей оказались полезными для британских военных действий. В начале 1950-х годов Франклин и докторант Реймонд Гослинг переключили свое внимание на биологические системы и обнаружили, что ДНК состоит из двух форм: длинного тонкого волокна, образующегося при намокании (тип «B»), и короткого широкого волокна, образующегося при сушке ( введите»).Ее рентгеновские дифракционные изображения ДНК (рис. 21) предоставили важную информацию, которая позволила Уотсону и Крику подтвердить, что ДНК образует двойную спираль, и определить детали ее размера и структуры.

    Франклин также провел новаторское исследование вирусов и РНК, содержащей их генетическую информацию, обнаружив новую информацию, которая радикально изменила совокупность знаний в этой области. После развития рака яичников Франклин продолжала работать до своей смерти в 1958 году в возрасте 37 лет.Среди множества посмертных признаний ее работы, Чикагская медицинская школа Финчского университета медицинских наук изменила свое название на Медицинский и научный университет Розалинды Франклин в 2004 году и приняла изображение ее знаменитого рентгеновского дифракционного изображения ДНК в качестве официального документа. логотип университета.

    Ключевые концепции и резюме

    Структуры кристаллических металлов и простых ионных соединений можно описать в терминах упаковки сфер. Атомы металла могут упаковываться в гексагональные структуры с плотнейшей упаковкой, кубические структуры с плотнейшей упаковкой, объемно-центрированные структуры и простые кубические структуры.Анионы в простых ионных структурах обычно принимают одну из этих структур, а катионы занимают пространство, остающееся между анионами. Маленькие катионы обычно занимают тетраэдрические дырки в плотноупакованном массиве анионов. Катионы большего размера обычно занимают октаэдрические отверстия. Катионы еще большего размера могут занимать кубические дырки в простом кубическом массиве анионов. Структуру твердого тела можно описать, указав размер и форму элементарной ячейки и ее содержимое. Тип структуры и размеры элементарной ячейки могут быть определены путем измерения дифракции рентгеновских лучей.

    Ключевые уравнения
    • [латекс] n {\ lambda} = 2d \ text {sin} \ theta [/ latex]

    Попробуйте

    1. Опишите кристаллическую структуру железа, которое кристаллизуется с двумя эквивалентными атомами металла в кубической элементарной ячейке.
    2. Опишите кристаллическую структуру Pt, которая кристаллизуется с четырьмя эквивалентными атомами металла в кубической элементарной ячейке.
    3. Какое координационное число атома хрома в объемноцентрированной кубической структуре хрома?
    4. Какое координационное число атома алюминия в гранецентрированной кубической структуре алюминия?
    5. Металлический кобальт кристаллизуется в гексагональной плотноупакованной структуре.Какое координационное число атома кобальта?
    6. Металлический никель кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре. Какое координационное число атома никеля?
    7. Вольфрам кристаллизуется в объемно-центрированной кубической элементарной ячейке с длиной ребра 3,165 Å.
      1. Каков атомный радиус вольфрама в этой структуре?
      2. Рассчитайте плотность вольфрама.
    8. Платина (атомный радиус = 1,38 Å) кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре.Рассчитайте длину кромки гранецентрированной кубической элементарной ячейки и плотность платины.
    9. Барий кристаллизуется в объемноцентрированной кубической элементарной ячейке с длиной ребра 5,025 Å.
      1. Каков атомный радиус бария в этой структуре?
      2. Рассчитайте плотность бария.
    10. Алюминий (атомный радиус 1,43 Å) кристаллизуется в кубической плотноупакованной структуре. Рассчитайте длину ребра гранецентрированной кубической элементарной ячейки и плотность алюминия.
    11. Плотность алюминия 2,7 г / см 3 ; кремния 2,3 г / см 3 . Объясните, почему Si имеет более низкую плотность, хотя в нем более тяжелые атомы.
    12. Свободное пространство в металле может быть найдено путем вычитания объема атомов в элементарной ячейке из объема ячейки. Вычислите процент свободного пространства в каждой из трех кубических решеток, если все атомы в каждой имеют одинаковый размер и касаются своих ближайших соседей. Какая из этих структур представляет собой наиболее эффективную упаковку? То есть в каких упаковках меньше всего неиспользуемого места?
    13. Сульфид кадмия, иногда используемый художниками в качестве желтого пигмента, кристаллизуется с кадмием, занимая половину тетраэдрических отверстий в плотно упакованном массиве сульфид-ионов.Какая формула сульфида кадмия? Поясните свой ответ.
    14. Соединение кадмия, олова и фосфора используется в производстве некоторых полупроводников. Он кристаллизуется с кадмием, занимающим одну четверть тетраэдрических дырок, и оловом, занимающим одну четверть тетраэдрических дырок в плотно упакованном массиве фосфид-ионов. Какая формула соединения? Поясните свой ответ.
    15. Какова формула магнитного оксида кобальта, используемого в записывающих лентах, который кристаллизуется с атомами кобальта, занимающими одну восьмую тетраэдрических дырок и половину октаэдрических дырок в плотно упакованном массиве оксидных ионов?
    16. Соединение, содержащее цинк, алюминий и серу, кристаллизуется с плотнейшей упаковкой сульфид-ионов.Ионы цинка находятся в одной восьмой тетраэдрических дырок, а ионы алюминия — в половине октаэдрических дырок. Какова эмпирическая формула соединения?
    17. Соединение таллия и йода кристаллизуется в виде простого кубического массива иодид-ионов с ионами таллия во всех кубических дырках. Какая формула этого йодида? Поясните свой ответ.
    18. Какой из следующих элементов реагирует с серой с образованием твердого тела, в котором атомы серы образуют плотноупакованный массив со всеми занятыми октаэдрическими отверстиями: Li, Na, Be, Ca или Al?
    19. Каков массовый процент титана в рутиле, минерале, содержащем титан и кислород, если структуру можно описать как плотнейшую упаковку оксидных ионов с ионами титана в половине октаэдрических отверстий? Какова степень окисления титана?
    20. Объясните, почему химически похожие хлориды щелочных металлов NaCl и CsCl имеют разную структуру, тогда как химически разные NaCl и MnS имеют одинаковую структуру.
    21. Поскольку минералы образовались из расплавленной магмы, разные ионы занимали одни и те же участки в кристаллах. Литий часто встречается вместе с магнием в минералах, несмотря на разницу в заряде их ионов. Предложите объяснение.
    22. Иодид рубидия кристаллизуется с кубической элементарной ячейкой, содержащей иодид-ионы по углам и ион рубидия в центре. Какая формула соединения?
    23. Один из различных оксидов марганца кристаллизуется с кубической элементарной ячейкой, содержащей ионы марганца по углам и в центре.Ионы оксида расположены в центре каждого края элементарной ячейки. Какая формула соединения?
    24. NaH кристаллизуется с той же кристаллической структурой, что и NaCl. Длина ребра кубической элементарной ячейки NaH составляет 4,880 Å.
      1. Рассчитайте ионный радиус H . (Ионный радиус Li + составляет 0,0,95 Å.)
      2. Рассчитайте плотность NaH.
    25. Иодид таллия (I) кристаллизуется с той же структурой, что и CsCl. Длина ребра элементарной ячейки TlI равна 4.20 Å.
      1. Рассчитайте ионный радиус TI + . (Ионный радиус I составляет 2,16 Å.)
      2. Рассчитайте плотность TlI.
    26. Кубическая элементарная ячейка содержит ионы марганца по углам и ионы фтора в центре каждого края.
      1. Какова эмпирическая формула этого соединения? Поясните свой ответ.
      2. Какое координационное число иона Mn 3+ ?
      3. Рассчитайте длину края элементарной ячейки, если радиус иона Mn 3+ равен 0.65 А.
      4. Рассчитайте плотность смеси.
    27. Каково расстояние между плоскостями кристалла, которые дифрагируют рентгеновские лучи с длиной волны 1,541 нм под углом θ 15,55 ° (отражение первого порядка)?
    28. Дифрактометр, использующий рентгеновские лучи с длиной волны 0,2287 нм, дает пик дифракции первого порядка для угла кристалла θ = 16,21 °. Определите расстояние между дифрагирующими плоскостями в этом кристалле.
    29. Металл с расстоянием между плоскостями 0.4164 нм дифрагирует рентгеновские лучи с длиной волны 0,2879 нм. Каков угол дифракции для дифракционного пика первого порядка?
    30. Золото кристаллизуется в кубической гранецентрированной элементарной ячейке. Отражение второго порядка (n = 2) рентгеновских лучей для плоскостей, составляющих вершину и основание элементарных ячеек, находится при θ = 22,20 °. Длина волны рентгеновского излучения составляет 1,54 Å. Какова плотность металлического золота?
    31. Когда электрон в возбужденном атоме молибдена падает с L на K-оболочку, испускается рентгеновское излучение.Эти рентгеновские лучи дифрагируют под углом 7,75 ° на плоскостях с разделением 2,64 Å. Какова разница в энергии между K-оболочкой и L-оболочкой в ​​молибдене в предположении дифракции первого порядка?
    Показать выбранные решения

    1. Структура этой низкотемпературной формы железа (ниже 910 ° C) является объемно-центрированной кубической. В каждом из восьми углов куба находится по одной восьмой атома, а в центре куба — по одному атому.

    3. Координационное число относится к числу ближайших соседей.Атом хрома находится в центре объемно-центрированного куба и имеет восемь ближайших соседей (в углах куба): четыре в одной плоскости вверху и четыре в одной плоскости внизу. Таким образом, координационное число — восемь.

    5. Гексагональная плотнейшая упаковка происходит таким образом, что каждый атом касается 12 ближайших соседей: 6 в своем слое и 3 в каждом соседнем слое. Таким образом, координационный номер 12.

    7. (a) В объемно-центрированной кубической элементарной ячейке атомы металла контактируют по внутренней диагонали куба.Внутренняя диагональ образует прямоугольный треугольник с ребром элементарной ячейки и диагональю грани. Используйте теорему Пифагора, чтобы определить длину диагонали d на грани куба через ребро e .

    d 2 = e 2 + e 2 = 2e 2

    d = [латекс] \ sqrt {2} [/ латекс] e

    Внутренняя диагональ куба равна длине четырех атомных радиусов и может быть снова вычислена с помощью теоремы Пифагора, диагонали грани и ребра.2 \\ \ text {диагональ} & = & \ sqrt {3} e = 4r \ end {array} [/ latex]

    радиус вольфрама = [латекс] \ frac {\ text {diagonal}} {4} = \ frac {\ sqrt {3} e} {4} = \ frac {\ sqrt {3}} {4} \ left ( 3.165 \ mathring {\ text {A}} \ right) = 1.370 \ mathring {\ text {A}} [/ latex];

    (b) Учитывая объемно-центрированную кубическую структуру, каждая элементарная ячейка содержит два атома. Используйте длину края элементарной ячейки, чтобы рассчитать объем элементарной ячейки и объем, занимаемый каждым атомом. Умножьте, чтобы получить молярный объем, и разделите атомную массу на это значение, чтобы получить плотность (e = длина края):

    V (ячейка) = e 3 = (3.{-1}} [/ latex] = 19,26 г / см

    9. (a) В объемно-центрированной кубической элементарной ячейке атомы металла контактируют по диагонали куба. Диагональ куба образует прямоугольный треугольник с ребром элементарной ячейки и диагональю грани. Используйте теорему Пифагора, чтобы определить длину диагонали d на грани куба через e.

    d 2 = e 2 + e 2 = 2e 2

    d = [латекс] \ sqrt {2} [/ латекс] e

    Диагональ куба равна длине четырех атомных радиусов и может быть вычислена снова, используя теорему Пифагора:

    (диагональ) 2 = (4 r ) 2 = (2e) 2 + e 2 = 16r 2 = 3e 2

    диагональ = 4 r = [латекс] \ sqrt {3 \ text {e}} [/ latex]

    r = [латекс] \ frac {\ sqrt {3}} {4} \ text {e} = \ frac {\ sqrt {3}} {4} [/ latex] (5.025 Å) = 2,176 Å;

    (b) Учитывая объемно-центрированную кубическую структуру, каждая элементарная ячейка содержит два атома. Используйте длину края элементарной ячейки, чтобы рассчитать объем элементарной ячейки и объем, занимаемый каждым атомом. Умножьте, чтобы получить молярный объем, и разделите атомный вес в граммах на это значение, чтобы получить плотность (e = длина края):

    V (ячейка) = e 3 = (5,025 [латекс] \ раз [/ латекс] 10 −8 см) 3 = 1,26884 [латекс] \ раз [/ латекс] 10 −22 см 3

    V (атом) = 1.{3} [/ latex] = 3,595 г / см 3

    11. Кристаллическая структура Si показывает, что он менее плотно упакован (координационное число 4) в твердом теле, чем Al (координационное число 12).

    13. В массиве с плотнейшей упаковкой для каждого аниона существуют две тетраэдрические дырки. Если занята только половина тетраэдрических дырок, количество анионов и катионов равно. Формула сульфида кадмия — CdS.

    15. В плотноупакованном массиве оксидных ионов одна октаэдрическая дырка и две тетраэдрические дырки существуют для каждого оксидного иона.Если половина октаэдрических дырок заполнена, на каждые два оксидных иона приходится один ион Co. Если заполнена одна восьмая тетраэдрических дырок, на каждые четыре оксидных иона приходится один ион Co. На каждые четыре оксидных иона приходится два иона Со в октаэдрических дырках и один Со в тетраэдрической дырке; Таким образом, формула имеет вид Co 3 O 4 .

    17. В простом кубическом массиве только одно кубическое отверстие может быть занято катионом для каждого аниона в массиве. Соотношение таллия и йодида должно быть 1: 1; следовательно, формула таллия — TlI.

    19. Отношение октаэдрических дырок к анионам кислорода составляет 1: 1 в массиве плотнейшей упаковки. Только половина октаэдрических отверстий занята. Таким образом, отношение титана к кислороду составляет 1: 2, а формула — TiO 2 . Массовое процентное содержание Ti в структуре:

    процентов Ti = [латекс] \ frac {47.90} {47.90+ \ text {2 (15.9994)}} \ times \ text {100%} = \ text {59.95%} [/ latex]

    Степень окисления титана +4, потому что на каждый ион Ti приходится два иона O 2−.

    21. Оба иона близки по размеру: Mg 0,65; Ли 0,60. Это сходство позволяет им довольно легко поменяться местами. Разница в заряде обычно компенсируется переключателем Si 4+ на Al 3+ .

    23. Общее количество ионов Mn определяется сложением вкладов углов и центра. Mn (углы): 8 [латекс] \ times [/ latex] [латекс] \ frac {1} {8} [/ latex]; Mn (в центре) = 1. Суммарный вклад Mn в элементарную ячейку = 2.

    Для O всего в кубе 12 ребер, и каждый ион на ребре дает одну четвертую часть элементарной ячейки.{4} \ text {eV} [/ latex]

    Глоссарий

    объемно-центрированное кубическое (ОЦК) твердое тело: кристаллическая структура, которая имеет кубическую элементарную ячейку с точками решетки по углам и в центре ячейки

    объемно-центрированная кубическая элементарная ячейка: простейшая повторяющаяся единица объемно-центрированного кубического кристалла; это куб, содержащий точки решетки в каждом углу и в центре куба

    Уравнение Брэгга: уравнение, которое связывает углы, под которыми рентгеновские лучи дифрагируют атомами внутри кристалла

    Координационное число : число атомов, ближайших к любому данному атому в кристалле или к центральному атому металла в комплексе

    кубическая плотнейшая упаковка (CCP): кристаллическая структура, в которой плоскости плотно упакованных атомов или ионов уложены в виде серии из трех чередующихся слоев с различной относительной ориентацией (ABC)

    дифракция: перенаправление электромагнитного излучения, которое возникает, когда оно сталкивается с физическим барьером соответствующих размеров

    гранецентрированное кубическое (ГЦК) твердое тело: кристаллическая структура, состоящая из кубической элементарной ячейки с точками решетки по углам и в центре каждой грани

    элементарная гранецентрированная кубическая ячейка: простейшая повторяющаяся единица гранецентрированного кубического кристалла; это куб, содержащий точки решетки в каждом углу и в центре каждой грани

    гексагональная плотнейшая упаковка (HCP): кристаллическая структура, в которой плотно упакованные слои атомов или ионов уложены в виде серии из двух чередующихся слоев с различной относительной ориентацией (AB)

    отверстие: (также межузельное пространство) пространство между атомами внутри кристалла

    изоморфные: с такой же кристаллической структурой

    октаэдрическое отверстие: открытое пространство в кристалле в центре из шести частиц, расположенных в углах октаэдра

    простая кубическая элементарная ячейка: (также примитивная кубическая элементарная ячейка) элементарная ячейка в простой кубической структуре

    простая кубическая структура: кристаллическая структура с кубической элементарной ячейкой с узлами решетки только по углам

    пространственная решетка: все точки в кристалле, которые имеют идентичную среду

    тетраэдрическая дыра: тетраэдрическое пространство, образованное четырьмя атомами или ионами в кристалле

    элементарная ячейка: наименьшая часть пространственной решетки, которая повторяется в трех измерениях, образуя всю решетку

    Рентгеновская кристаллография: экспериментальный метод определения расстояний между атомами в кристалле путем измерения углов, под которыми рентгеновские лучи дифрагируют при прохождении через кристалл

    Тело центрированное кубическое

    Объемно-центрированная кубика является одновременно кристаллической структурой и решеткой Браве и имеет один атом в основе. 3 $

    Параметры решетки обычной элементарной ячейки:

    \ [\ begin {уравнение} а = Ь = с, \ hпространство {0.{\ circ}. \ конец {уравнение} \]

    Примитивные векторы решетки равны,

    \ begin {уравнение} \ vec {a} _1 = \ frac {a} {2} (\ hat {x} + \ hat {y} — \ hat {z}), \ quad \ vec {a} _2 = \ frac {a} { 2} (- \ hat {x} + \ hat {y} + \ hat {z}), \ quad \ vec {a} _3 = \ frac {a} {2} (\ hat {x} — \ hat { y} + \ hat {z}). \ end {уравнение}

    В основе один атом. В дробных координатах условной единицы положение этого атома равно

    .

    $ \ vec {B} _1 = (0,0,0) $.

    Асимметричный блок содержит один атом с дробными координатами (0,0,0).

    Положения других атомов можно определить, применяя симметрии пространственной группы.

    Космическая группа: 229 (I м -3 м)
    96 операций симметрии:

    1 x, y, z тождество
    2 -x, -y, z ось C2
    3 -x, y, -z ось C2
    4 x, -y, -z ось C2
    5 ось z, x, y C3
    6 z, -x, -y ось C3
    7 -z, -x, y ось C3
    8 -z, x, -y ось C3
    9 ось y, z, x C3
    10 -y, z, -x ось C3
    11 y, -z, -x ось C3
    12 -y, -z, x ось C3
    13 ось y, x, -z C2
    14 -y, -x, -z ось C2
    15 ось y, -x, z C4
    16 -y, x, z ось C4
    17 x, z, -y ось C4
    18 -x, z, y ось C2
    19 -x, -z, -y ось C2
    20 ось x, -z, y C4
    21 ось z, y, -x C4
    22 ось z, -y, x C2
    23 -z, y, x ось C4
    24 -z, -y, -x ось C2
    25 -x, -y, -z Ci: 0 0 0
    26 x, y, -z зеркальная плоскость
    27 x, -y, z плоскость зеркала
    28 -x, y, z плоскость зеркала
    29 -z, -x, -y 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    30 -z, x, y 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    31 z, x, -y 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    32 z, -x, y 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    33 -y, -z, -x 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    34 y, -z, x 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    35 -y, z, x 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    36 y, z, -x 3-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    37 -y, -x, z плоскость зеркала
    38 y, x, z зеркальная плоскость
    39 -y, x, -z 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    40 y, -x, -z ось с четырьмя стержнями | центр инверсии в 0 0 0
    41 -x, -z, y 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    42 x, -z, -y зеркальная плоскость
    43 x, z, y зеркальная плоскость
    44 -x, z, -y 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    45 -z, -y, x 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    46 -z, y, -x зеркальная плоскость
    47 z, -y, -x 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 0 0
    48 z, y, x зеркальная плоскость
    49 x + 1/2, y + 1/2, z + 1/2 перевод: 1/2 1/2 1/2
    50 -x + 1/2, -y + 1/2, z + 1/2 2-кратная ось винта | смещение: 0 0 1/2
    51 -x + 1/2, y + 1/2, -z + 1/2 2-кратная ось винта | смещение: 0 1/2 0
    52 x + 1/2, -y + 1/2, -z + 1/2 2-кратная ось винта | смещение: 1/2 0 0
    53 z + 1/2, x + 1/2, y + 1/2 3-кратная винтовая ось | смещение: 1/2 1/2 1/2
    54 z + 1/2, -x + 1/2, -y + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: 1/6 -1/6 1/6
    55 -z + 1/2, -x + 1/2, y + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: -1/6 1/6 1/6
    56 -z + 1/2, x + 1/2, -y + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: 1/6 1/6 -1/6
    57 y + 1/2, z + 1/2, x + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: 1/2 1/2 1/2
    58 -y + 1/2, z + 1/2, -x + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: -1/6 1/6 1/6
    59 y + 1/2, -z + 1/2, -x + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: 1/6 1/6 -1/6
    60 -y + 1/2, -z + 1/2, x + 1/2 3-кратная ось винта | смещение: 1/6 -1/6 1/6
    61 y + 1/2, x + 1/2, -z + 1/2 2-кратная ось винта | смещение: 1/2 1/2 0
    62 -y + 1/2, -x + 1/2, -z + 1/2 ось C2
    63 y + 1/2, -x + 1/2, z + 1/2 4-кратная ось винта | смещение: 0 0 1/2
    64 -y + 1/2, x + 1/2, z + 1/2 4-кратная винтовая ось | перенос: 0 0 1/2
    65 x + 1/2, z + 1/2, -y + 1/2 4-кратная ось винта | смещение: 1/2 0 0
    66 -x + 1/2, z + 1/2, y + 1/2 2-кратная ось винта | смещение: 0 1/2 1/2
    67 -x + 1/2, -z + 1/2, -y + 1/2 ось C2
    68 x + 1/2, -z + 1/2, y + 1/2 4-кратная ось винта | смещение: 1/2 0 0
    69 z + 1/2, y + 1/2, -x + 1/2 4-кратная ось винта | смещение: 0 1/2 0
    70 z + 1/2, -y + 1/2, x + 1/2 2-кратная винтовая ось | смещение: 1/2 0 1/2
    71 -z + 1/2, y + 1/2, x + 1/2 4-кратная ось винта | перенос: 0 1/2 0
    72 -z + 1/2, -y + 1/2, -x + 1/2 ось C2
    73 -x + 1/2, -y + 1/2, -z + 1/2 Ci: 1/4 1/4 1/4
    74 x + 1/2, y + 1/2, -z + 1/2 n-glide plane | перевод: 1/2 1/2 0
    75 x + 1/2, -y + 1/2, z + 1/2 n-glide plane | перевод: 1/2 0 1/2
    76 -x + 1/2, y + 1/2, z + 1/2 n-плоскость скольжения | перевод: 0 1/2 1/2
    77 -z + 1/2, -x + 1/2, -y + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на 1/4 1/4 1/4
    78 -z + 1/2, x + 1/2, y + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на -1/4 1/4 3/4
    79 z + 1/2, x + 1/2, -y + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на 1/4 3/4 -1/4
    80 z + 1/2, -x + 1/2, y + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на 3/4 -1/4 1/4
    81 -y + 1/2, -z + 1/2, -x + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на 1/4 1/4 1/4
    82 y + 1/2, -z + 1/2, x + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии в 1/4 - 1/4 3/4
    83 -y + 1/2, z + 1/2, x + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на -1/4 3/4 1/4
    84 y + 1/2, z + 1/2, -x + 1/2 3-стержневая ось | центр инверсии на 3/4 1/4 -1/4
    85 -y + 1/2, -x + 1/2, z + 1/2 c-glide plane | перевод: 0 0 1/2
    86 y + 1/2, x + 1/2, z + 1/2 d-плоскость скольжения | перевод: 1/2 1/2 1/2
    87 -y + 1/2, x + 1/2, -z + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 1/2 1/4
    88 y + 1/2, -x + 1/2, -z + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии на 1/2 0 1/4
    89 -x + 1/2, -z + 1/2, y + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии на 1/4 0 1/2
    90 x + 1/2, -z + 1/2, -y + 1/2 a-glide plane | перевод: 1/2 0 0
    91 x + 1/2, z + 1/2, y + 1/2 d-плоскость скольжения | перевод: 1/2 1/2 1/2
    92 -x + 1/2, z + 1/2, -y + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии при 1/4 1/2 0
    93 -z + 1/2, -y + 1/2, x + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии в 0 1/4 1/2
    94 -z + 1/2, y + 1/2, -x + 1/2 b-glide plane | перевод: 0 1/2 0
    95 z + 1/2, -y + 1/2, -x + 1/2 4-стержневая ось | центр инверсии при 1/2 1/4 0
    96 z + 1/2, y + 1/2, x + 1/2 d-плоскость скольжения | смещение: 1/2 1/2 1/2
     

    Объемно-центрированная кубическая кристаллическая решетка

    Объемно-центрированная кубическая кристаллическая решетка
    КУБИК С ЦЕНТРОМ КУБИКИ (bcc)



    Щелкните элементарную ячейку, чтобы изучить ее в VRML.

    Мы можем представить эту элементарную ячейку как созданную путем помещения другого атома в центр простой кубической решетки, слегка раздвинув углы. Таким образом, угловые сферы больше не касаются друг друга, а касаются друг друга. центр. Диагональ, проходящая через тело куба, равна 4x (радиус сферы).

    Эффективность упаковки ОЦК-решетки значительно выше, чем у простой кубик: 68.02%

    Более высокое координационное число и эффективность упаковки означают, что это решетка использует пространство более эффективно, чем простая кубическая.

    Единичные ячейки складываются вместе следующим образом:

    Мы также можем думать об этой решетке как об этой решетке, состоящей из слоев квадрата — упакованные шары. Однако чередующиеся слои складываются так, что сферы «прижимаются друг к другу». вниз «в промежутки между сферами в слое ниже. (Помните что в простой кубической решетке сферы располагаются друг над другом).

    Изучите структуру решетки в VRML, щелкнув следующую изображение.

    ОЦК-решетки очень распространены в металлах (железо, хром, вольфрам, и натрий, например).

    Нажмите здесь, чтобы перейти к следующему страница.

    Структура кристаллов
    Кристаллические решетки
    Единичные ячейки
    От элементарной ячейки к решетке
    От решетки к элементарной ячейке
    Стехиометрия
    Упаковка и геометрия
    Простые кубические металлы
    Плотноупакованные конструкции
    Кузов Центрированная кубическая
    Хлорид цезия
    хлорид натрия
    Оксид рения
    Оксид ниобия

    Если не указано иное, все изображения, фильмы и VRML являются собственностью и авторским правом по
    Барбара Л.Солс и Фредерик С. Солс 2000.
    Свяжитесь с владельцем для получения индивидуального разрешения на использовать. [email protected]

    Влияние модификации на стабильность кристаллической решетки аустенита в нержавеющей стали (Журнальная статья)

    Курзина И.А., E-mail: [email protected], Потекаев А.И., E-mail: [email protected], Попова Н.А., E-mail: natalya-popova-44 @ mail.ru, Никоненко Е.Л., E-mail: [email protected], Демент Т.В., E-mail: [email protected], Клопотов А.А., E-mail: [email protected], Кулагина В.В., Клименов , В.А., E-mail: [email protected] Влияние модификации на стабильность кристаллической решетки аустенита в нержавеющей стали . США: Н. П., 2018. Интернет. DOI: 10.1007 / S11182-018-1452-0.

    Курзина, И.А., E-mail: [email protected], Потекаев А.И., E-mail: [email protected], Попова Н.А., E-mail: [email protected], Никоненко Е.Л. , E-mail: [email protected], Демент, Т.В., E-mail: [email protected], Клопотов, А.А., E-mail: [email protected], Кулагина, В.В., & Клименов, В.А., E- почта: [email protected] Влияние модификации на стабильность кристаллической решетки аустенита в нержавеющей стали . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1007/S11182-018-1452-0

    Курзина, И.А., E-mail: [email protected], Потекаев А.И., E-mail: [email protected], Попова Н.А., E-mail: [email protected], Никоненко Е.Л. , E-mail: [email protected], Демент Т.В., E-mail: [email protected], Клопотов А.А., E-mail: [email protected], Кулагина В.В., Клименов В.А. почта: [email protected] Мы бы . «Влияние модификации на стабильность кристаллической решетки аустенита в нержавеющей стали». Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1007/S11182-018-1452-0.

    @article {osti_22869697,
    title = {Влияние модификации на стабильность кристаллической решетки аустенита в нержавеющей стали},
    author = {Курзина, И.А., E-mail: [email protected] и Потекаев А.И., E-mail: [email protected] и Попова Н.А., E-mail: [email protected] и Никоненко Е.Л. , E-mail: [email protected] и Демент Т.В., E-mail: [email protected] и Клопотов А.А., E-mail: [email protected], Кулагина В.В., Клименов В.А., E-mail : [email protected]},
    abstractNote = {Методами электронной дифракционной микроскопии и рентгеноструктурного анализа изучено влияние легирования аустенитной стали марки 110х23 хромом и ванадием, а также тугоплавким ультрамелкозернистым TiO {sub 2}, Исследованы порошки ZrO {sub 2} и криолит Na {sub 3} AlF {sub 6} на его структурно-фазовое состояние и микроструктуру.Показано, что матрица немодифицированной стали полностью аустенитная и состоит из твердого раствора на основе железа и одновременно внедренных (C, N, O и др.) И замещающих (Cr, V и др.) Атомов. Легирование хромом и ванадием не изменяет ни его фазовый состав, ни дефектную структуру, а модификация сплава приводит к качественно новым структурным особенностям: γ → ε-превращению, интенсивному микродвойникованию, изменению дефектной структуры и резкому увеличению скалярной плотности дислокаций.Выявленные в модифицированной стали особенности деформационных микродвойников и пластин ε-мартенсита способствуют выявлению дополнительных систем микродвойников в матричной γ-фазе, что приводит к структурным изменениям, позволяющим отнести ее к γ′-фазе. Установлено, что введение модифицирующих добавок вызывает следующую последовательность структурно-фазовых превращений: γ → γ ′ → (γ ′ + ε). Полученные экспериментальные данные показывают, что в результате модификации кристаллическая решетка переходит в малоустойчивое состояние.Этот переход сопровождается заметными структурно-фазовыми изменениями, заключающимися в образовании нескольких систем микродвойников и γ → ε-превращении. Эти структурно-фазовые изменения в модифицированной стали обусловлены переходом кристаллической решетки в состояние с низкой стабильностью, за которым следуют новые структурно-фазовые изменения.},
    doi = {10.1007 / S11182-018-1452-0},
    url = {https://www.osti.gov/biblio/22869697}, journal = {Русский Физический Журнал},
    issn = {1064-8887},
    число = 4,
    объем = 61,
    place = {United States},
    год = {2018},
    месяц = ​​{8}
    }

    общих кубических структур | Кембриджский центр нитрида галлия

    Общие кубические структуры

    Кубическая кристаллическая система — один из наиболее распространенных (и, безусловно, самых простых) классов кристаллов.Как следует из названия, все кристаллические структуры этой системы имеют элементарную ячейку кубической формы с длиной ребра, определяемой параметром решетки «а».

    Три основных общих представителя:

    • Простая кубическая структура (sc) (также известная как примитивная кубическая)
    • объемно-центрированная кубическая структура (ОЦК)
    • гранецентрированная кубическая структура (ГЦК)

    Простая кубическая структура (СБН)

    В простой кубической структуре есть только одна точка решетки в каждом углу кубической элементарной ячейки.Они отмечают положение либо одного атома, либо одной и той же группы атомов, известного как мотив, который повторяется по всей решетке. Простая кубическая структура с одним атомом на точку решетки относительно редко встречается в природе, поскольку она довольно нестабильна из-за ее низкой эффективности упаковки и небольшого числа ближайших соседей вокруг каждого атома. Сообщается, что полоний (Po) кристаллизуется в простой кубической структуре.

    Создайте свою собственную трехмерную бумажную модель простой кубической структуры с помощью наших инструкций по вырезанию и исследуйте ее природу.

    Инструкции и обучающие пункты Шаблон

    Объемно-центрированная кубическая структура (ОЦК)

    Объемно-центрированная кубическая структура основана на простой кубической структуре, но имеет дополнительную точку решетки в самом центре куба. Эффективность упаковки и взаимодействие ближайших соседей немного выше, чем для простой структуры, поэтому она более распространена в природе. Известными металлическими твердыми телами с такой структурой являются иром (Fe), хром (Cr) и вольфрам (W).

    Создайте свою собственную трехмерную бумажную модель тела центрированной кубической структуры с помощью наших инструкций по вырезанию и исследуйте ее природу.

    Инструкции и обучающие пункты Шаблон

    Гранецентрированная кубическая структура (ГЦК)

    Другой структурой, основанной на простой кубической структуре, является гранецентрированная кубическая. В этой кристаллической структуре есть восемь узлов решетки в каждом углу, как в простой кубической структуре, но есть дополнительные точки решетки в центре каждой грани куба.Эта структура очень распространена для металлических элементов, поскольку она максимизирует эффективность упаковки и имеет наибольшее количество ближайших соседей, что увеличивает ее стабильность. Поэтому ГЦК-структуру иногда называют кубической плотноупакованной структурой.

    Создайте свою собственную трехмерную бумажную модель гранецентрированной кубической структуры с помощью наших инструкций по вырезанию и исследуйте ее природу.

    Инструкции и обучающие пункты Шаблон

    бесцветных драгоценных камней | Причины появления цвета

    Как и многое другое в жизни, когда дело доходит до драгоценных камней, внешний вид может быть обманчивым.Хотя все они прекрасны, рубины, сапфиры и бриллианты приобретают свой яркий цвет разными способами. Переходные металлы могут превратить даже самый простой кристалл в желанное сокровище.

    Причины появления цвета в драгоценных камнях

    При добавлении примесей к бесцветным драгоценным камням часто возникают яркие цвета. При добавлении хрома к бесцветному корунду рождается красный рубин, а при добавлении хрома к бесцветному бериллу появляется зеленый изумруд. Алмазы могут быть окрашены в синий или желтый цвет за счет добавления примесей.Роль примесей в возникновении цвета здесь иная (см. Полупроводники). Благодаря еще одному механизму (см. Перенос заряда) добавление примесей к корунду может дать темно-синий сапфир. Фиолетовый оттенок аметиста является результатом примесей железа в кристаллическом кварце, хотя эта примесь действует иначе, чем примесь хрома, которая дает красный цвет рубина (см. Центры окраски). Отличительные цвета многих драгоценных камней обусловлены присутствием переходных металлов в качестве примесей в прозрачной кристаллической решетке.Это может быть из-за так называемого кристаллического поля или, альтернативно, эффекта поля лиганда. В этом эффекте кристаллического поля или поля лиганда поле, оказываемое кристаллом-хозяином на гостевую примесь, фиксирует уровни энергии последней как поглотителя фотонов. Другими словами, химическая связь между кристаллом-хозяином и примесью-гостем всегда включает в себя передачу электронов из кристалла-хозяина на пустые энергетические уровни в металлической примеси, связывая металл с кристаллом.

    Берилдосиликат Хром 10-розовый Люмино-красный Мартино-красный
    Драгоценный камень Цвет Основной кристалл Примесь
    Рубин Красный Оксид алюминия (корунд) Хром
    107силикат
    Гранат Красный Алюмосиликат кальция Железо
    Топаз Желтый Фторосиликат алюминия Железо
    L3
    Бирюза Сине-зеленый Фосфоалюминат меди Медь

    Примеры различных драгоценных камней, цветов и примесей

    Теория кристаллического поля делает предположения, которые не очень реалистичны, но дает удивительно хорошие качественные результаты.Его можно описать не математически, и это частный случай теории поля лигандов, который дает хорошие количественные результаты. Это, в свою очередь, является частным случаем общей теории молекулярных орбиталей.

    Почему корунд и берилл бесцветны, а рубины красные, а изумруды зеленые?

    Драгоценные камни

    Самым простым и характерным драгоценным камнем является алмаз. Он прочный, блестящий и бесцветный. Алмаз состоит из бесконечного множества атомов углерода, связанных в жесткий каркас, простирающийся во всех направлениях, что делает алмаз самым твердым из известных веществ.Будучи так плотно скреплены, алмазы не могут поглощать видимый свет и поэтому становятся бесцветными. В их структуре нет неспаренных электронов.

    Прозрачный гошенит , бесцветная разновидность берилла, здесь показан вместе с ортоклазом и мусковитом (слева). Бесцветные драгоценные камни корунд (справа) и берилл, как и алмазы, обладают свойствами, характерными для драгоценных камней — блеском, прозрачностью и прочностью.Это чистые вещества, скрепленные одинаковыми прочными структурами.

    Для корунда повторяющаяся единица — оксид алюминия; как второй по твердости материал, корунд используется в шлифовальных кругах и наждачной бумаге. В случае берилла повторяющейся единицей является силикат бериллия и алюминия. С четырьмя элементами в повторяющейся единице (бериллий, алюминий, кремний и кислород) каркас менее жесткий, и поэтому берилл не такой твердый, как корунд. Опять же, все электроны связаны, и видимый свет не поглощается.Таким образом, эти материалы бесцветны.

    .