Страница 146 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Повторите § 11. Какие полиморфные модификации известны у железа?

Решение

Полиморфизм, или аллотропия, — это способность химического элемента или соединения существовать в различных кристаллических формах, называемых полиморфными (аллотропными) модификациями. Эти модификации отличаются строением кристаллической решетки и, как следствие, физическими свойствами. Чистое железо (Fe) является классическим примером металла, обладающего полиморфизмом.

В зависимости от температуры (при атмосферном давлении) и давления железо может существовать в нескольких различных модификациях.

α-железо (альфа-железо, феррит)

Эта модификация устойчива при температурах ниже $912\,^{\circ}\text{C}$. Альфа-железо имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую решетку. При температурах до $770\,^{\circ}\text{C}$ (точка Кюри) α-железо обладает ферромагнитными свойствами. При нагреве выше $770\,^{\circ}\text{C}$ оно теряет ферромагнитные свойства и становится парамагнитным, однако его кристаллическая структура ОЦК сохраняется. Ранее эту парамагнитную фазу иногда называли β-железом (бета-железо), но в современной классификации это считается высокотемпературной областью существования α-фазы.

γ-железо (гамма-железо, аустенит)

Эта модификация образуется при полиморфном превращении α-железа при нагреве и стабильна в температурном интервале от $912\,^{\circ}\text{C}$ до $1394\,^{\circ}\text{C}$. Гамма-железо имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую решетку. Эта структура имеет более плотную упаковку атомов по сравнению с ОЦК. γ-железо является парамагнетиком. Важнейшая особенность аустенита — его способность растворять значительно больше углерода (до 2,14% по массе), чем феррит, что является основой для термической обработки сталей.

δ-железо (дельта-железо)

Данная модификация существует в узком высокотемпературном диапазоне от $1394\,^{\circ}\text{C}$ до температуры плавления железа ($1538\,^{\circ}\text{C}$). Дельта-железо, как и α-железо, имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) кристаллическую решетку. δ-железо также является парамагнетиком.

ε-железо (эпсилон-железо)

Помимо модификаций, существующих при атмосферном давлении, при очень высоких давлениях (порядка 13 ГПа и выше) железо переходит в другую фазу — ε-железо. Эта модификация имеет гексагональную плотноупакованную (ГПУ) кристаллическую решетку и важна для понимания строения ядра нашей планеты.

Таким образом, последовательность полиморфных превращений чистого железа при нагревании при атмосферном давлении выглядит так:

α-Fe (ОЦК) $\xrightarrow{912\,^{\circ}\text{C}}$ γ-Fe (ГЦК) $\xrightarrow{1394\,^{\circ}\text{C}}$ δ-Fe (ОЦК) $\xrightarrow{1538\,^{\circ}\text{C}}$ Жидкость

Ответ:

У железа известны следующие основные полиморфные модификации:

• α-железо (феррит): стабильно до температуры $912\,^{\circ}\text{C}$, имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) решетку.
• γ-железо (аустенит): стабильно в диапазоне температур от $912\,^{\circ}\text{C}$ до $1394\,^{\circ}\text{C}$, имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку.
• δ-железо: стабильно в диапазоне от $1394\,^{\circ}\text{C}$ до температуры плавления ($1538\,^{\circ}\text{C}$), имеет объемно-центрированную кубическую (ОЦК) решетку.
• ε-железо: образуется при сверхвысоких давлениях, имеет гексагональную плотноупакованную (ГПУ) решетку.