Полиморфные (аллотропические) превращения
Атомы металла – исходя из геометрических соображений, могут образовать любую кристаллическую решетку.
Однако устойчивым, а, следовательно, реально существующим типом является решетка, обладающая наиболее низким запасом свободной энергии.
Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах (т.н. полиморфных (аллотропических) модификациях). В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющего решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа.
Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать буквой α, при более высокой температуре β, затем γ и т.д.
Полиморфное превращение протекает при постоянной температуре (например, при нагреве идет поглощение теплоты).
Известные полиморфные превращения: Feα ↔ Feβ; Coα ↔ Coβ; Tiα ↔ Tiβ; Mnα ↔ Mnβ ↔ Mnγ ↔ Mnδ; Snα ↔ Snβ, а также для Ca, Li, N, Cs, Sr, Te, Zr, V и др.
Металл с данной кристаллической решеткой должен обладать меньшим запасом свободной энергии.
Рисунок 3. Полиморфизм железа и его связь со свободной энергией системы
Полиморфизм железа. Из рис. 3, видно, что в интервале температур 911 – 1392°С устойчивым является γ-железо (К 12) (имеет min свободную энергию), а при температурах ниже 911°С и выше 1392°С устойчиво α-железо (К 8).
В твердом металле полиморфные превращения происходят в результате зарождения и роста кристаллов аналогично кристаллизации из жидкого состояния. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерна исходных кристаллов.
В результате полиморфного превращения образуется новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому превращение также называют перекристаллизацией.
Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металлов и сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электропроводности, магнитных свойств, механических и химических свойств и т.д.
Высокотемпературная модификация имеет высокую пластичность.
В таблице № 1 показан интервал температур существования различных аллотропических форм некоторых, имеющих практическое значение металлов, у которых обнаружена температурная аллотропия.
Смотрите также
Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
СВС - это разновидность горения, в котором
образуются ценные твердые вещества, путем перемещения волны химической реакции
по смеси реагентов с образованием твердых конечных продуктов, провод ...
Периодический закон и Периодическая система элементов.
В 1969 году ученый
мир отметил юбилейную дату – 100-летие со дня открытия Периодического закона
химических элементов. В статье, посвященной столетию этого закона академик И.В.
Петрянов–Соколов писа ...
Синтез м-нитробензальдегида
Данная
исследовательская работа проведена для получения м-нитробензальдегида и
подробного изучения свойств альдегидов, которые широко используются в промышленности, в органическом
синтезе и ...