Железо твёрдое, потому что в нём молекулы и атомы спрессованы ближе друг у другу или в чём причина?

108
1
0
9 мая
12:48
май
2016

Нужно сначала избежать путаницы - "твердое" может значить две вещи: 1) агрегатное состояние, как твердое-жидкое-газ, и 2) механическая характеристика - твердость, как алмаз твердый, а мел - мягкий. Эти вещи в принципе связаны, но связь сложна и неоднозначная, поэтому не будем о ней :). Вероятно, Вы имеете в виду второе, механическую твердость (хотя железо отнюдь не чемпион, а вполне себе средненький материал по твердости, скорее для него имеет смысл говорить о довольно высокой прочности и пластичности).

Вы правы в том, что чем ближе элементы (молекулы, атомы, ионы) решетки друг к другу, тем прочнее будет свзь между ними. Но ключевым параметром здесь является тип химической связи, поскольку расстояние между атомами (молекулами, ионами) в решетке во многом определяется именно типом связи. Для железа, как и для других металлов, характерен металлический тип связи, когда, ну скажем, ионы металла в узлах решетки, а вокруг них общее электронное облако (это не совсем точное описание, но сгодится). Это дает 1) пластичность, поскольку связь кулоновская, а значит ненаправленная + ослабевает не так быстро при изменении расстояния. То есть, при сдвиге ионов из позиций (при механическом воздействии) связи не рвутся сразу, а имеют некий "запас прочности", 2) прочность, поскольку кулоновское взаимодействие достаточно сильное. Вот металлы они такие и есть - пластичные и прочные. Степень прочности/пластичности/твердости будет определяться во многом симметрией решетки, параметрами электронного газа и т.д.

Это можно сравнить с атомными кристаллами (типа того же алмаза) с ковалентными связями между атомами в узлах решетки (твердость может быть и повыше, поскольку если расстояние между атомами короткие, то энергия связи может быть очень высока. Зато пластичности никакой - связь направленная, любое смещение атома ее рвет). Или с молекулярными кристаллами, где связь между молекулами в узлах решетки Ван-дер-ваальсова (прочность никакая, поскольку энергия связи маленькая, зато пластичность может быть неплохая, поскольку связь ненаправленная, вопрос только в том, чтобы механическое воздействие было не слишком сильное, поскольку независимо от пластичности предел прочности очень низкий). Решетки с одним и тем же типом химсвязи всегда будут иметь много общего, хотя и могут различаться между собой достаточно сильно по количественным критериям в зависимости от других параметров.

5
0
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта