Πώς η ατομική διάταξη των ατόμων οδηγεί στην κρυσταλλική δομή του, όπως φαίνεται στο δείγμα χάλκινα με άτομα χρυσού (AU) και κασσίτερου (SN);
1. Μεταλλική σύνδεση:
* Τόσο ο χαλκός, ο κασσίτερος όσο και ο χρυσός είναι μέταλλα, που παρουσιάζουν μεταλλική συγκόλληση. Αυτό περιλαμβάνει μια "θάλασσα" των απομακρυσμένων ηλεκτρονίων, επιτρέποντας στα άτομα να γλιστρούν ο ένας στον άλλο, συμβάλλοντας στην ευελιξία και την ολκιμότητά τους.
* Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εξηγούν επίσης την εξαιρετική ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα των μετάλλων.
2. Ατομικό μέγεθος και ηλεκτροαρνητικότητα:
* Χαλκός (Cu): Έχει μικρότερη ατομική ακτίνα και υψηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα σε σύγκριση με το κασσίτερο.
* κασσίτερος (SN): Έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα και χαμηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα σε σύγκριση με τον χαλκό.
* χρυσό (AU): Παρόμοια σε μέγεθος με χαλκό αλλά ελαφρώς μεγαλύτερο και έχει ελαφρώς χαμηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα.
Αυτές οι διαφορές στο μέγεθος και την ηλεκτροαρνητικότητα επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο τα άτομα πακέτο μαζί:
3. Σχηματισμός κρυσταλλικής δομής:
* Χάλκινο (cu-sn): Το χάλκινο τυπικά σχηματίζει ένα cubic (FCC) με επίκεντρο το πρόσωπο (FCC) κρυσταλλική δομή. Σε αυτή τη δομή, τα άτομα είναι διατεταγμένα σε ένα κυβικό πλέγμα με άτομα σε κάθε γωνία και στο κέντρο κάθε προσώπου.
* Το μικρότερο μέγεθος του χαλκού και η υψηλότερη ηλεκτροαρνητικότητα: Κάντε το κατά προτίμηση να καταλαμβάνει τις θέσεις πλέγματος, ενώ τα άτομα κασσίτερου τείνουν να γεμίζουν τους χώρους μεταξύ των ατόμων χαλκού.
* Η διάταξη των ατόμων κασσίτερου: δεν είναι εντελώς τυχαίο. Τείνουν να συσσωρεύονται μαζί, σχηματίζοντας περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης κασσίτερου. Αυτό μπορεί να επηρεάσει τις συνολικές μηχανικές ιδιότητες του χάλκινου κράματος.
* χρυσό σε χάλκινο: Η προσθήκη μιας μικρής ποσότητας χρυσού (AU) μπορεί να οδηγήσει σε μια συμπαγή λύση όπου τα άτομα χρυσού αντικαθιστούν μερικά άτομα χαλκού μέσα στο πλέγμα FCC. Το μεγαλύτερο μέγεθος του χρυσού μπορεί να παραμορφώσει ελαφρώς το πλέγμα, οδηγώντας σε αλλαγές στη σκληρότητα και την ολκιμότητα.
4. Διαγράμματα φάσης και στερεά διαλύματα:
* Διαγράμματα φάσης: είναι γραφικές αναπαραστάσεις των πιθανών φάσεων (στερεό, υγρό, κλπ.) ενός υλικού ως συνάρτηση της θερμοκρασίας και της σύνθεσης. Για το χάλκινο, το διάγραμμα φάσης παρουσιάζει διαφορετικές φάσεις με βάση την αναλογία χαλκού-tin.
* στερεές λύσεις: εμφανίζονται όταν ένα στοιχείο διαλύεται στην κρυσταλλική δομή ενός άλλου στοιχείου, σχηματίζοντας ένα ομοιογενές μίγμα. Ο χρυσός μπορεί να σχηματίσει ένα στερεό διάλυμα με χαλκό σε χάλκινο, επηρεάζοντας τις ιδιότητές του.
Συνοπτικά:
Η ατομική διάταξη στο χάλκινο προκύπτει από την αλληλεπίδραση διαφόρων παραγόντων:μεταλλική συγκόλληση, ατομικό μέγεθος, ηλεκτροαρνητικότητα και τάση των ατόμων να σχηματίσουν συγκεκριμένες κρυσταλλικές δομές. Η παρουσία χρυσού, αν και δεν είναι ένα τυπικό συστατικό, μπορεί να επηρεάσει με ακρίβεια τη δομή των κρυσταλλικών και τις ιδιότητες του χάλκιου.
Σημείωση: Αυτή είναι μια απλοποιημένη εξήγηση. Η πραγματική διάταξη των ατόμων στο χάλκινο μπορεί να είναι πιο περίπλοκη, με την παρουσία διαφορετικών φάσεων και διαμεταλλικών ενώσεων ανάλογα με τη συγκεκριμένη σύνθεση και τις συνθήκες επεξεργασίας.
