Специфика металлических жидкостей, страница 2

Рисунок 30 – Схема свойств жидких металлов

2.2.2.1 Плотность

Плотность, как и вязкость, электропроводность, поверхностное натяжение, является структурно чувствительной характеристикой жидких металлов и сплавов. Объемные изменения при полиморфных превращениях и плавлении, температурная зависимость объемного расширения металлических жидкостей непосредственно связаны с изменениями в структуре ближнего порядка.

С точки зрения электронного строения, металлы, имеющие при высоких температурах оцк структуру, сохраняют ее при плавлении, поскольку не происходит дополнительной ионизации их атомов вследствие высокой устойчивости р- и d-оболочек. Перекрывание р- и d-орбиталей сохраняется в жидком состоянии. Такой ближний порядок обнаружен у расплавов щелочных металлов, таллия и железа, у щелочноземельных и редкоземельных металлов, актиноидов, d-переходных металлов IV, V и VI групп (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Cr, Мо).

Таблица 3 – Плотности твердых и жидких металлов в точке плавления

Аналогичный характер изменения координационного числа при плавлении имеет место и у металлов, имеющих вблизи температур плавления плотные кубическую или гексагональную упаковки (медь, серебро, никель,  палладий, платина, кобальт, родий, иридий). Плотные упаковки имеют также не полностью ионизированные в твердом состоянии металлы, сохраняющие электроны на внешней оболочке (свинец, алюминий). Технеций, рений, рутений и осмий, имеющие плотную гексагональную упаковку, должны при плавлении сохранять плотную упаковку, но при перегреве могут дополнительно ионизироваться до образования ионов с p-оболочками и вследствие этого приобрести ближний порядок, соответствующий о. ц. к. координации. Плавление неметаллических и полу металлических элементов главных подгрупп, сопровождается разрушением σ- связей и переходом всех занятых в них валентных электронов в зону проводимости. Это приводит к спиновому расщеплению, перекрыванию и обменному взаимодействию электронов внешних р- или d- оболочек образовавшихся ионов, что и приводит к ближнему порядку в их расплавах, отвечающему о. ц. к. координации.

Ртуть, галлий, индий, олово, германий увеличивают координационные числа при плавлении.

Металлические элементы согласно изменению объема при плавлении классифицируются следующим образом.

1. Истинные металлы: Li, K, Na, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Al, Co, Ni, Ti.

2. Метаметаллы: Zn, Cd, Hg, In, Pb.

3. Полуметаллы: Si, Ge, Sn, Sb, Bi, Te, Se, Ga.

2.2.2.2 Диффузия

Если концентрация какого-либо компонента расплава различна в разных его местах, то вследствие теплового движения частиц расплава происходит самопроизвольное выравнивание его состава по всему объему. Процесс непрерывного перемешивания частиц связан с наличием градиента концентрации и носит название процесса самодиффузии.