Поліморфні перетворення - навчальні матеріали
поліморфні перетворення
Деякі елементи можуть змінювати своє кристалічну будову, тобто тип кристалічної решітки, в залежності від зовнішніх умов - температури і тиску.
Існування одного елемента в декількох кристалічних формах (кристалічних модифікаціях) називається поліморфізмом або аллотропией.
Кожна поліморфна модифікація має свою область температур, при яких вона стійка. Перетворення однієї кристалічної форми в іншу відбувається при постійній температурі з виділенням значної кількості тепла при охолодженні, що пов'язано з витратою певної енергії на розбудову кристалічної решітки і поглинанням тепла при нагріванні.
Перебудова кристалічної решітки в твердому стані називається вторинною кристалізацією.
Як і при первинній кристалізації для поліморфних перетворень необхідні переохолодження чи перегрівання щодо рівноважної температури. За своїм механізмом це кристалізаційний процес, здійснюваний шляхом утворення зародків (як правило, на кордонах зерен) і подальшого їх зростання. В результаті утворюються нові кристалічні зерна, мають інший розмір і форму. Стрибкоподібно змінюються всі властивості: питомий об'єм, теплоємність, теплопровідність, механічні та хімічні властивості.
Малюнок 2 - Види елементарних кристалічних осередків
Поліморфні модифікації позначають буквами грецького алфавіту. і т.д. Модифікацію, стійку при більш низьких температурах, позначають. при більш високих -. потім і т.д. Температурним поліморфізмом володіють близько тридцяти металів, наприклад: марганець (-Мn, -Мn, -Мn, -Мn), титан (-Тi, -Тi), кобальт (-Сo, -Сo), олово (-Sn, -Sn) і ін. Частина металів не мають поліморфних перетворень, наприклад: Ni (ГЦК), Аu (ГЦК), Ag (ГЦК), Pt (ГЦК), Cu (ГЦК), Zn (ГПУ).
Залізо є основним компонентом сталей, чавунів і володіє поліморфізмом. На малюнку 3 наведена крива охолодження заліза з температурами поліморфних перетворень.
Малюнок 3 - Крива охолодження заліза
Залізо має дві температури поліморфного перетворення 911 0 С і тисячу триста дев'яносто два 0 С. Нижче 911 0С залізо має кубічну об'ємно-центрованої осередок (ОЦК) і модифікацію -Fe (Fe). При 911 0 С решітка перебудовується в кубічну гранецентрированную (ГЦК) і модифікацію -Fe (Fe). При одна тисяча триста дев'яносто дві 0 С решітка знову перебудовується в ОЦК і модифікацію -Fe (Fe). При 768 0 С (точка Кюрі) на кривій охолодження є майданчик, яка пов'язана не з перебудовою решітки, а зі зміною магнітних властивостей заліза. Нижче 768 0 С залізо магнітно, вище - немагнітний.
Точка Кюрі - це температура, відповідна переходу з феромагнітного стану в парамагнітне.
В середині вісімдесятих років минулого століття відкрита третя форма вуглецю у вигляді замкнутих сферичних або сфероїдальних молекул, що складаються з п'яти-і шестикутників - фулерени. Залежно від кількості об'єднаних атомів вуглецю існують фулерени С28. С960. Найбільш стабільними є молекули С60 і С70. Поліморфні модифікації вуглецю наведені на малюнку 4.