Vraag:
Is er een systematische manier om de verwachte kubische structuur van metalen te bepalen?
Richard
2014-08-30 03:48:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik heb gemerkt dat sommige groepen metalen met vergelijkbare eigenschappen de neiging hebben tot dezelfde kubische structuurgroep te behoren, zoals $ \ text {FCC, BCC of HCP} $. Wat is een goede verklaring waarom deze metalen vergelijkbare kubische structuren hebben, en hoe kan men de verwachte kubische structuur van een metaal bepalen door de identiteit ervan te kennen (als er een manier is)?

Bijvoorbeeld koper, zilver en goud hebben allemaal kubusvormige structuren in het midden van het gezicht.

Deze trend lijkt op een gegeven moment af te breken, denk ik, omdat $ \ frac {2} {3} ^ {rd} $ van de platinagroep hebben $ \ text {FCC} $ structuren en $ \ ce {Ru} $ en $ \ ce {Os} $ hebben eenvoudige kubische structuren.

Een antwoord:
Jon Custer
2014-09-02 18:35:21 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Er is geen systematische manier (behalve brute kracht - dat is toch een systeem?) om de kristalstructuur van de metalen te voorspellen. Zelfs als je alleen aan de overgangsmetalen blijft plakken, zoals je hebt opgemerkt, is er nogal wat variatie. De primaire zijn zoals u hebt opgemerkt $ fcc $, $ bcc $ en $ hcp $ (waarbij de rhombohedrale Hg wordt genegeerd).

Er doen zich hier verschillende problemen voor. Ten eerste is er weinig verschil tussen $ fcc $ en $ hcp $ - het zijn beide dicht opeengepakte structuren waarbij alleen de stapelvolgorde verandert (ABCABC voor $ fcc $ en ABABAB voor $ hcp $). Een schatting van het vrije energieverschil tussen deze twee kristalstructuren kan worden verkregen 'SGTE Data for Pure Elements', A.T. Dinsdale, CALPHAD 15 (4) 317-425 (1991), de compilatie van elementaire thermodynamische gegevens. Hier vindt men dat voor Ag ($ fcc $) de $ hcp $ -fase slechts 300 J / mol hogere vrije energie is (bij T = 0K). Evenzo is voor Co ($ hcp $) de $ fcc $ -fase slechts 427 J / mol hoger. De vrije energieverschillen zijn dus niet per se zo groot, waardoor een $ a \ priori $ differtiatie onmogelijk is. (Ik zal hier opmerken dat Ru en Os $ hcp $ -kristallen zijn, niet eenvoudig kubisch zoals je zei).

De tweede factor die moeilijk te bepalen is, is de impact van magnetische vrije energie op het evenwichtskristal structuur (zoals opgenomen in de bovenstaande referentie). IJzer is de meest voor de hand liggende kandidaat om dit te overwegen, en het stelt niet teleur. Zoals opgemerkt, is de evenwichtskristalstructuur bij kamertemperatuur $ bcc $. Verwarming leidt tot een verandering naar $ fcc $ op $ 910C $, en vervolgens terug naar $ bcc $ op $ 1400C $. Als de magnetische bijdragen aan de vrije energie worden genegeerd, zouden de waargenomen kristalstructuren in plaats daarvan $ hcp $ zijn bij lage temperaturen, een overgang naar $ fcc $ rond de $ 200C $, en een korte verschijning van $ bcc $ vlak voor het smelten. Ik zie geen enkele manier om deze specifieke veranderingen in fasen met temperatuur te voorspellen.



Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...