Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
12.2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА «/-МЕТАЛЛОВ
Физические свойства ^/-металлов, как и всех элементов, определяются строением их атомов и их «упаковкой» в кристаллических решетках (см. гл. 10). Специфика их свойств определяется тем, что до тех пор, пока вакантный подуровень й не заполнится непарными электронами, т. е. до накопления в нем 5 электронов, радиусы атомов сокращаются; дальнейшее пополнение электронами подуровня заключается в накоплении электронных пар и уменьшении числа непарных электронов, что, в свою очередь, приводит вновь к увеличению радиуса атома.
Атом с наполовину законченным подуровнем й обладает значительной устойчивостью, т. е. его металлические свойства в кристаллическом состоянии уменьшаются, так как снижается число электронов проводимости и все свойства, определяемые металлическими обменными связями, перестают быть характерными: электрическая проводимость, пластичность и прочность кристаллов (см. гл. 10).
Таким строением атома в 4-м периоде обладает марганец Мп; несмотря на малый радиус атома, его металлические свойства резко снижены по сравнению с другими металлами. Свойства его электронных аналогов Тс и Ие, находящихся в 5-м и 6-м периодах, тоже отклоняются от характерных для металлов, но в меньшей степени, так как их внешние электроны находятся на более далеких от ядер энергетических уровнях и более подвижны (наличие вакантных уровней). Заполнение электронного подуровня й сопровождается «проскоками» электронов с подуровня б' или внутренним возбуждением (Сг, Мо, МЬ и т. д.). Однако эти нарушения существенного влияния на физические свойства металлических кристаллов не оказывают.
309
Таблица 12.2. Кристаллические структуры й(-металлов
Металл Строение внешнего Аллотропные модификации Температура превращения. К
уровня и Р У б
Бс йН2 Гексагональная ре- Объемно центриро- _ — а^В 1673
У шетка плотной упаковки ванная кубическая решетка а^гр 1733
Ьа <1152 Гексагональная ре- Гранецентрированная Объемно цент- — а^В 583;
шетка плотной упаковки кубическая решетка рированная кубическая решетка 6^7 1141
Ті йЧ2 Гексагональная ре- Объемно центриро- ' — — а^±В 1155,5
Ъх й252 шетка плотной упаковки ванная кубическая ре- — — ач±8 1138
ш ё2$2 шетка — - а^тВ 2033
V ёЪ82 Объемно центриро- — _ — —
ыь йАзх ванная кубическая ре- — — — —
Та йгв2 шетка — — — —
Сг То же — — — —
Мо йЬ5Х — — — —
\? й"$2 — — — —
Мп йЪ52 Сложная кубическая Сложная кубическая Гранецентриро- Объемно а^В 1015
решетка решетка ванная кубическая решетка центрированная кубическая решетка В^т 1368 уч±6 1407
Тс с16з] Гексагональная ре- — — —
Ие сГэ2 шетка плотной упаковки — — — —
Ре й°52 Объемно центриро- — Гранецентри- Объемно а&у 1183
ванная кубическая ре- рованная кубиче- центрирован- 7^8 1653
шетка ская решетка ная решетка
Ни Гексагональная ре- — — — —-
ОБ шетка плотной упаковки — — — —
Со С1?52 . То же Гранецентрированная — — а5±Э 690
кубическая решетка
Гранецентрированная — — — —
Іг кубическая решетка — — —
N1 (14 То же — — — —
Ро1 . — — — —
— — — —
Си — — — — —
— — — — —
Аи — — - — — —
2п Гексагональная ре- — — — _
С6 <№ шетка плотной упаковки — — —
н§ Ромбоэдрическая ре- — — — —
шетка
Изменение радиусов атомов ^-металлов в зависимости от заполнения подуровня ^-электронами показано на рис. 162. Для элементов всех периодов характерен минимум, лежащий приблизительно в середине ряда с?-металлов данного периода. Снижение металличности атомов данного элемента сказывается и на строении кристаллической решетки. Типы кристаллических решеток для ^-металлов, многие из которых обладают полиморфизмом или аллотропическими модификациями, приведены в табл. 12.2. Как видно из таблицы, низкотемпературные модификации марганца не имеют типичной для металлов структуры, а при высоких температурах его структура приближается к структуре железа.
Плотность твердого тела отражает степень упаковки атомов в кристаллической решетке. Изменение плотности ^/-металлов в зависимости от 1 или от степени заполнения электронами подуровня й приведено на рис. 163 и имеет одинаковый характер для металлов всех трех периодов.
Функцией энергии связи между атомами в кристаллической решетке являются такие физические свойства, как, например, температура плавления кристалла, его деформационная способность, измеряемая модулем нормальной упругости или модулем Юнга. /
Изменение температуры плавления ^-металлов в зависимости от 1 показано на рис. 164. Обращает внимание резкое снижение температуры плавления марганца по сравнению с температурами кипения его электронных аналогов: Тс 4200К; Ие 6033К.
Модуль нормальной упругости биметаллов также закономерно зависит от 1 или от степени заполнения
21 22 23 2ч- 25 26 27 28 29 30
х---х 39 ЦО Ш 42 0-3 Щ ц.5 Ц5 47 №
о-о 57 72 73 7ч- 75 75 77 7в 79 ВО
Рис. 162. Изменение радиуса атомов й-ме-таллов в зависимости от порядкового номера 1
Оз 1г
/
/т
/А
V
№ \
20 22 2ч- 20 10 30 Ъ
