Фазы Лавеса

Элементарная ячейка фазы Лавеса типа MgZn₂. Атомы магния показаны зелёным цветом

Фазы Лавеса — самый многочисленный класс интерметаллических соединений. Фазы Лавеса получили своё название в честь немецкого кристаллохимика Фрица Лавеса (нем. Fritz Laves), опубликовавшего вместе с Х. Витте (нем. H.Witte) в 1936 году большую работу, посвящённую кристаллической структуре и условиям образования ряда двойных соединений на основе магния. Подавляющее большинство двойных фаз Лавеса имеют стехиометрический состав AB₂, хотя имеются малочисленные исключения из этого правила. В настоящее время известно множество тройных интерметаллидов со структурой фаз Лавеса. Фазы Лавеса относятся к семейству фаз Франка-Каспера. Из-за зависимости их кристаллической структуры от электронной структуры их также часто причисляют к фазам Юм-Розери.

Структура фаз Лавеса

Лавесовский полиэдр

Фазы Лавеса образуются атомами двух сортов A и B, причем атом сорта A всегда имеет б́ольший атомный радиус (R), чем атом сорта B, причем существует идеальное соотношение радиусов компонентов R_A:R_B=1.225. К фазам Лавеса относятся соединения, кристаллизующиеся в несколько родственных структурных типов, из которых наиболее многочисленными являются три нижеследующих:

• гексагональный тип MgZn₂ (C14 в обозначениях Strukturbericht), пространственная группа P6₃/mmc, 12 атомов в элементарной ячейке;
• кубический тип MgCu₂ (C15 в обозначениях Strukturbericht), пространственная группа Fd3m, 24 атома в элементарной ячейке;
• гексагональный тип MgNi₂ (C36 в обозначениях Strukturbericht), пространственная группа P6₃/mmc, 24 атома в элементарной ячейке.

Все эти структуры имеют схожее расположение атомов, которое проявляется в идентичных координационных полиэдрах (многогранник, образованный атомами одного сорта вокруг атомов другого). Так, во всех фазах Лавеса координационный полиэдр вокруг атома сорта A представляет собой так называемый Лавесовский полиэдр (см. рисунок), имеющий форму усечённого тетраэдра. Сами же атомы сорта A располагаются в алмазоподобной подрешётке. Все фазы Лавеса являются политипами, то есть имеют разный порядок укладки одинаковых структурных единиц, в качестве которой в данном случае выступает многослойный «сэндвич». Так кубическая фаза Лавеса MgCu₂ представляет собой трёхслойную укладку элементарных структурных единиц в порядке …ABCABC…, фаза MgZn₂ является двухслойной …ABAB…, а фаза MgNi₂ — четырёхслойной …ABACABAC… . Поскольку возможны (хотя и редко встречаются) и другие последовательности укладки слоёв, то семейство фаз Лавеса является более многочисленным. Всего же к фазам Лавеса относится не менее 1000 различных интерметаллических соединений.

Применение

Фазы Лавеса являются очень твердыми и хрупкими соединениями. Благодаря особенностям своей кристаллической структуры они способны «вмещать» в решётке атомы водорода: на одну формульную единицу может приходится до четырёх атомов водорода. Поэтому фазы Лавеса могут использоваться в качестве накопителей водорода в водородной энергетике.

Источники

• У. Пирсон Кристаллохимия и физика металлов и сплавов = The Crystal Chemistry and Physics of Metals and Alloys. — М.: Мир, 1977. — Т. 2. — С. 308—314. — 472 с.