Полиморфизм в металлах

В зависимости от внешних условий один и тот же металл может иметь разные по структуре и симметрии кристаллы. Способность вещества сущест­вовать в виде двух или нескольких структурных разновидностях, относящихся к различным кристаллическим системам, называется полиморфизмом. Полиморфизм является частным проявлением аллотропии элементов, под которой понимается существование у гомоядерных веществ двух или более структурных форм (например, металлическое и полимерное олово). Понятие аллотропии относится к простым веществам независимо от их агрегатного (не только твердого) состояния. Разные структурные кристаллические формы вещества называются полиморфными модификациями, а переходы между ними полиморфными превращениями.

Явление полиморфизма очень распространено в природе. Практически все вещества, в том числе и металлы, могут быть получены в многообразных модификациях.

В соответствии с различием в кристаллической структуре полиморфные модификации отличаются (иногда очень резко) по своим физическим свойствам – плотности, твердости, пластичности, электронной проводимости и др. Полиморфные вариации разнятся и по своей химической активности.

Имеющиеся у вещества модификации обычно обозначают греческими буквами: a - видоизменения, устойчивые при комнатной или низкой температурах, b - модификации, стойкие при высоких температурах, g и d - соответственно еще более высокотемпературные вариации. Так a-олово, имеющее кубическую алмазоподобную кристаллическую решетку, устойчиво при t < 13,2 °С, а b-олово, кристаллизующееся в тетрагональной решетке, стойко в обычных условиях вплоть до температуры плавления. Превращение из b- в a-модификацию происходит с трансформацией типа связи от металлической к ковалентной и сопровождается резким изменением объема. Белое металлическое олово превращается в серый порошок, так как коэффициент линейного расширения серого олова в 4 раза больше, чем у белого. Это явление получило название «оловянной чумы».

Полиморфизм имеет большое практическое значение. Используя это явление, можно упрочнять или разупрочнять металлы с помощью термической обработки.