晶体结构-化学ABC
在金属世界里,每一种金属都有自己的“脾性”。有的金属容易变形,既可碾成片,也可拉成丝,像金、银、铜、锡、铝;有的金属相当硬,不容易变形,如铬、钨、钒、钽等。金属的“脾性”同它本身的晶体结构有着密切关系。
让我们用火柴盒里放弹子糖的方式,来说明金属的晶体结构。找一个火柴盒,取出火柴,放一层弹子糖。在放第二、第三、第四……各个层次的弹子糖时,可以有不同的堆放形式。我们把第一层叫做A层,第二层叫做B层。如果第三层弹子糖直接放在第一层弹子糖的上方,这是另一个A层;第四层弹了糖直接放在B层的弹子糖上方,这又是个B层。这样可以组成一种ABAB……晶体结构。换一种推放法:开始A层和B层与以前一样,只是第三层作为C层弹子糖不放在A层上方,第四层才在A层上方,第五层是B层,第六层是C层,这样就制成了一种ABCABCAB……晶体结构。从这两种晶体结构模型可发现,只要一点点推力,上层弹子糖就容易滑下。具有这种晶体结构的金属,容易改变形状。
如果我们在第一层的上方,笔直地推放第二层弹子糖,这样取出上下左右四颗弹子糖,构成的是立方形,四颗弹子糖中间差不多还可以放一颗弹子糖,这样堆砌起来的晶体结构,就成了硬性金属的结构模型。如果把两种不同的金属,混合起来变成“合金”,会比其中任何一种金属更硬。像我们日常使用的硬币,就是铝镁合金。
有些螺丝或者齿轮的牙齿,比原来的钢材要硬朗,而且耐磨,这是因为在使用以前,已经把它放在含氮的气体中,进行热处理,叫做渗氮。也就是在铁晶体的空隙里,固定了一个氮原子,每一层都一样。经过这样的排列,螺丝和齿轮牙的表面就很坚硬了,并且可以防止剧烈的腐蚀。
除了金属以外,有一些化合物,如食盐、石膏、碳酸氢钠、氢氧化钾、硬脂酸钠等成千上万种物质,都有一定的结构。氯化钠的晶体结构模型,我们可以用两种不同颜色的弹子糖,在火柴盒里排列成一个方阵。将红、白两种弹子糖交替排列,像一块国际象棋板。第二层弹子糖的颜色与第一层的“错位”,红色的放在白色的上面,第三层再交错放,就制成了一种氯化钠的模拟晶体结构。红色弹子糖代表钠离子,带正电荷,白色的弹子糖代表氯离子,带负电荷。