Основная проблема состоит в том, что используя рентген определили типы кристаллических решеток разных металлов,а почему они такие, а не другие пока не известно. Например медь кристаллизуется в ГЦК решетку, а железо в ОЦК, которая при нагреве становиться ГЦК и этот переход используется при термообработке сталей.
Обычно в литературе металлическая связь описывается, как осуществленная посредством обобществления внешних электронов атомов и не обладающая свойством направленности. Хотя встречаются попытки (см. ниже) объяснения направленной металлической связи т.к. элементы кристаллизуются в определенный тип решетки. Основные типы кристаллических решеток металлов объемно-центрированная кубическая; гранецентрированная кубическая; гексагональная плотноупакованная.
Пока невозможно в общем случае вывести из квантовомеханических расчетов кристаллическую структуру металла по электронному строению атома, хотя, например, Ганцхорн и Делингер указали на возможную связь между наличием кубической объемно-центрированной решетки в подгруппах титана, ванадия, хрома и наличием в атомах этих металлов валентных d-орбиталей.
Нетрудно заметить, что четыре гибридные орбитали направлены по четырем телесным диагоналям куба и хорошо приспособлены для связи каждого атома с его 8 соседями в кубической объемноцентрированной решетке. При этом оставшиеся орбитали направлены к центрам граней элементарной ячейки и, возможно, могут принимать участие в связи атома с шестью его вторыми соседями. Первое координационное число (К.Ч.1) \"8\"плюс второе координационное число (К.Ч.2) \"6\" в сумме равно \"14\".
Покажем, что металлическая связь в плотнейших упаковках (ГЕК и ГЦК) между центрально избранным атомом и его соседями в общем случае, предположительно, осуществляется посредством 9 (девяти) направленных связей, в отличие от числа соседей равного 12 (двенадцати) первое (координационное число). Второе (К.Ч.2\''6\'' в сумме равно \''18\''.
В литературе приводится много факторов влияющих на кристаллизацию поэтому решил их максимально убрать, и модель металла в статье скажем так , идеальная, т.е. все атомы одинаковые (чистый металл), кристаллические решетки без включений, без внедрений, без дефектов и т.д. Используя эффект Холла и другие данные по свойствам, а также рассчеты Ашкрофта и Мермина , у меня главным, определяющим тип решетки фактором, оказались внешние электроны остова атома или иона, который получился в результате передачи части внешних электронов в зону проводимости.
Оказалось, что металлическая связь обусловлена не только обобществлением электронов, а и внешними электронами атомных остовов, которые определяют направленность или тип кристаллической решетки.
Как я начинал строить модели идеальных монокристаллов чистых металлов?
Идеальных кристаллов для того чтобы уйти от зависимостей от дефектов решеток, примесей и других включений.
На простых примерах покажем, что на одну связь у алмаза при плотности
упаковки 34% и координационном числе 4 приходится 34%:4=8,5%.
У кубической примитивной решетки плотность упаковки 52% и
координационное число 6 приходится 52%:б=8,66%.
У кубической объемноцентрированной решетки плотность упаковки 68% и
координационное число 8 приходится 68%:8=8,5%.
У кубической гранецентрированной решетки плотность упаковки 74% и координационное число 12 приходится 74%:12=6.16% (!!!), а если 74%:9=8,22%.
У гексагональной решетки плотность упаковки 74% и координационное число 12 приходится 74%:12=6,16%, а если 74%:9=8,22%.(!!!)
Очевидно, что эти 8,66-8,22% несут в себе некий физический смысл.
Оставшиеся 26% кратны 8,66 и 100% гипотетическая плотность упаковки возможна при наличии 12 связей. Но реальна ли такая возможность?
Внешние электроны последней оболочки или подоболочек атома металла образуют зону проводимости. Число электронов в зоне проводимости влияет на постоянную Холла, коэффициент всестороннего сжатия и т.д.
Построим модель металла-элемента так, чтобы оставшиеся, после заполнения зоны проводимости, внешние электроны последней оболочки или подоболочек атомного остова неким образом влияли на строение кристаллической структуры (например: для ОЦК решетки-8 \"валентных\" электронов, а для ГЕК и ГЦК -12 или 9).
В результате исследования решеток химических элементов можно сказать, что ОЦК решетки легких элементов формируются 8 электронами связи, а тяжелых 14 электронами атомного остова. ГЦК решетки формируются 9 электронами связи для легких элементов и 15 для тяжелых.
Далее я начал заполнять внешними электронами зону проводимости.
Одна из замечательных особенностей эффекта Холла заключается, однако, в том, что в некоторых металлах коэффициент Холла положителен, и поэтому носители в них должны, видимо, иметь заряд, противоположный заряду
электрона. Это свойство требовало пояснения.
Вариант первый: тонкая замкнутая трубка, полностью заполненная электронами кроме одного.
При таком заполнении зоны, при локальном передвижении электрона, наблюдается противоположное движение \"места\" не заполнившего трубку, электрона, то есть движение неотрицательного заряда. Вариант второй: в трубке один электрон поэтому возможно движение только одного заряда -отрицательно заряженного электрона.
Из этих двух крайних вариантов видно, что знак носителей, определяемых по коэффициенту Холла, в какой-то степени, должен зависеть от наполнения зоны проводимости электронами. Заполним зону проводимости электронами так, чтобы внешние электроны атомных остовов оказывали влияние
на образование типа кристаллизационной решетки. Предположим, что число внешних электронов связи на последней оболочке атомного остова, после заполнения зоны проводимости, равно числу атомов соседей (координационному числу) в решетке кристалла.
Оказалось, что металлическая связь обусловлена не только обобществлением электронов, а и внешними электронами атомных остовов, которые определяют направленность или тип кристаллической решетки.
Попытаемся связать внешние электроны атома данного элемента со структурой его кристаллической решетки, учитывая необходимость направленных связей (химия) и наличие обобществленных электронов (физика), ответственных за гальваномагнитные свойства.
основную часть работы смотрите на стр. (на русском и английском языках)
https://natureofchemicalelements.blogspot.com
Основным достижением моей работы считаю то, что было определено настоящее первое координационное число для атомов в монокристаллах чистых металлов (ГЦК и ГЕК кристаллических решеток) равное 9. Число это выведено из физических и химических свойств кристаллов.
Об электронах связи в монокристаллах металлов, которые определяют тип кристаллической решетки.
У калия, натрия, рубидия, цезия в зоне проводимости по 1 электрону и по 8 электронов связи- постоянная Холла отрицательная (в зоне проводимости по одному электрону от атома), тип решетки ОЦК... у каждого выбранного атома по 8 соседей в кристаллической решетке. У никеля, меди, серебра, платины, палладия и золота решетка ГЦК... на кристаллизацию необходимо по 15 электронов связи от атома... смотрим на примере никеля 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8 4s2 внешние электроны всего 16(3p6 3d8 4s2) один ушел в зону проводимости 15 вступили в связи с соседними атомами... этот один электрон из зоны проводимости проверяется постоянной Холла, если она отрицательная то в зоне проводимости 1-2 электрона, а если положительная то больше. Магний 2 электрона связаны с ядром, 9 электронов связи (ГЕК) и один электрон в зоне проводимости- постоянная Холла отрицательная, алюминий 2 электрона связаны с ядром, 9 электронов связи (ГЦК) и два электрона в зоне проводимости- постоянная Холла отрицательная.
Подведем результаты работы. Согласно моих построений у почти всех металлов определены, возможно с небольшими ошибками, электроны проводимости (их количество), электроны связи, в основном определяющие тип кристаллической решетки и электроны связанные с ядром. Зонная теория металла со стороны его кристаллической решетки. Зона проводимости, зона валентных электронов связи между атомами и зона ядра с остальными электронами. В металлических кристаллах атомы обьединены не только обобществлением электронов проводимости, но и электронами связи, которые и были выявлены в моей работе. Другими словами у атомов в монокристаллах некоторых металлов валентности могут быть равными 15, 14, 9, 8, 6(полоний) и наверное меньше. В сплавах валентности этих атомов могут изменяться скорее всего в сторону понижения. Для некоторых элементов-монокристаллов я могу ошибаться с подсчетом электронов связи, которые влияют на образование того или иного типа кристаллической решетки. Однако мне кажется, что такая закономерность существует.