ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллическая структура чистых металлов и модель твердых шаров из "Репортаж из мира сплавов (Библ, Квант 71) " Страстные слова поэта, приведенные в эпиграфе, — дань гармоничному и изящному, которое с несравненным богатством представлено в мире кристаллов. Но чтобы открыть совершенные формы, нуж-йы были и строгость математического рассмотрения, В подвижнический труд экспериментаторов. [c.80] В качестве первого объекта для расшифровки Црэгг выбрал каменную соль — ЫаС1. Сегодня многим знакома структура этого несложного кристалла. Она представляет собой как бы трехмерную шахматную доску, где каждый ион натрия окружен со всех сторон ион аМи хлора и наоборот (рис. 38). [c.80] Интересно, что такая модель существовала задолго до работ Брэгга. В университете столицы Шотландии Эдинбурге хранится совершенно правильный макет кристалла каменной соли, выполненный еще около 1880 года. Каким образом была точно угадана атомная структура до открытия рентгеновских лучей, с сегодняшней точки зрения выглядит довольно загадочным. [c.81] В дальнейшем рассказе мы будем почти точно следовать линии рассуждений Брэгга, отклоняясь от нее лишь в некоторых деталях. [c.81] Конечно, для выявления оси симметрии таким способом надо еще правильно расположить кристалл. Но, во-первых, это всегда можно сделать методом проб и ощибок, а во-вторых, часто оси симметрии перпендикулярны хорошо развитым граням кристаллического образца, что заметно облегчает поиски. [c.82] Как уже отмечалось, для установления кубической симметрии вполне достаточно выявить три взаимно перпендикулярные оси 4-го порядка. Вот как выглядит лауэграмма каменной соли, снятая в направлении, параллельном оси 4-го порядка (рис. 40). [c.82] Выявление всех осей 4-го порядка позволяет также установить ориентировку исследуемого кристаллического образца, т. е. мысленно провести в нем эти оси. Это, в свою очередь, дает возможность так установить образец в дифрактометре, чтобы изучать отражения не вслепую, а от определенных атомных плоскостей. [c.82] На рис. 41 приведены дифрактограммы отражений еще от двух типов плоскостей, С этими результатами Брэгг приступил к расшифровке. [c.83] Это в схему уже не укладывается и означает, что предложенная модель, Рис. 42 неверна. Но есть и еще один нюанс, который нельзя упускать из виду. При отражении от плоскостей типа 3 (рис. 41) нечетные пики слабее четных. Плоскости типа 3 должны чем-то между собой различаться, иначе не было бы разницы в высоте пиков Различие может быть либо в расстоянии между плоскостями (как, например, на рис. 37), либо в их химическом составе. [c.84] Вспомним, что рентгеновское излучение — это электромагнитная волна. Колебания ее вектора электрического поля, действуя на заряженные частицы в веществе —электроны и ядра, вызывают их колебательное движение. В этом состоит основной механизм взаимодействия волны и вещества. [c.84] Расчеты показывают правильность нашего грубого рассмотрения. В частности, оказывается, что амплитуда отраженной атомной плоскостью рентгеновской волны примерно пропорциональна числу электронов в атомах, составляющих эту плоскость. [c.85] Из рис. 38 и 46 также ясно, что все плоскости типа 1 и 2 между собой эквивалентны — состоят наполовину из ионов натрия, а наполовину— из ионов хлора. Поэтому на дифрак-тограммах все пики от этих плоскостей имеют одинаковую высоту. [c.86] После первых работ дело расшифровки кристаллических структур было поставлено буквально на конвейер . Не следует, однако, думать, что сегодня структуры расшифровываются тем же путем, которым шел Брэгг. Принципы расшифровки остались прежними, но удалось разработать более эффективные практические приемы. Сейчас, за исключением очень сложных случаев, определение кристаллической структуры вещества по дифракционным данным является стандартной материаловедческой операцией. [c.88] е всего оказалось расшифровать структуру чистых металлов. Практически все они имеют одну из трех кристаллических решеток объем-ноцентрированиую кубическую (ОЦК), гранецентри-рованную кубическую (ГЦК) или гексагональную плотноупакованную (ГПУ). [c.88] Встречаются исключения. Например, полоний кристаллизуется в простой кубической (ПК) решетке. Но эти случаи крайне немногочисленны. [c.89] Часто для описания структур металлов прибегают к так называемой модели твердых шаров. Она же — модель жестких сфер, бильярдных шаров, теннисных мячей и т. д. Под пестрыми названиями скрывается простая суть атомы металла считают твердыми шарами, которые следует уложить как можно плотнее. Тогда мы должны прийти (если, конечно, гипотеза верна) к кристаллическим решеткам реальных металлов. [c.89] На первый взгляд модель кал ется неправдоподобно грубой. Тем не менее ее успехи весьма значительны. Известный английский физик Невилл Мотт по этому поводу не без удивления заметил, что для объяснения структуры и многих свойств металлов достаточно атомной модели Лукреция ). [c.89] Современная история твердых шаров начинается с имен И. Кеплера, Р. Гука, М. В. Ломоносова. Гук, в частности, еще в 1665 году моделировал кристаллы с помощью укладываемых рядами дробинок, и его результаты на 250 лет опередили точное знание. [c.89] После расшифровки строения металлических кристаллов модель окончательно завоевала себе место под солнцем. И хотя на фоне успехов квантовой механики представление об атомах как о твердых шарах казалось безнадежно устаревшим, наивная модель с успехом продолжала использоваться для объяснения особенностей структуры твердых тел. [c.89] Вернуться к основной статье