Встречаются в металлах и менее плотные упаковки – простая кубическая, гексагональная неплотная, тетрагональная, ромбоэдрическая и другие. Металлы, граничащие в периодической системе Д.И.Менделеева с неметаллами, имеют неплотную упаковку с малыми координационными числами (2-4).
Многие металлы (железо, марганец, кобальт, кальций, цирконий, олово, титан, уран и др.) обладают полиморфизмом: при разных температурах и давлениях они существуют в разных кристаллических состояниях (модификациях), различающихся упаковкой атомов. Марганец, например, имеет четыре модификации, кобальт и олово — по две.
На диаграммах равновесия полиморфных металлов области кристаллического состояния разделены на подобласти. На рис.1
показана диаграмма состояния полиморфного металла, имеющего две модификации α и β. Линия НМ характеризует условия, при которых химические потенциалы разных модификаций металла одинаковы и возможно равновесное сосуществование кристаллов Кα и Кβ.
Из рассмотрения упаковок атомов в металлах следует, что не все плоскости, которые можно мысленно провести через узлы решетки, одинаково плотно заселены атомами (рис.2 и 3).
Одни упакованы плотнейшим образом, например, октаэдрическая плоскость (111) в г.ц.к. решетке и плоскость ромбического додекаэдра (110) в о.ц.к. решетке, другие плоскости – (100) и (110) в г.ц.к., (100) и (111) в о.ц.к. решетке – упакованы менее плотно. Нетрудно видеть, что соседние плотноупакованные плоскости далеки одна от другой, а малозаселенные близки. Перемещаясь в кристаллах, коллективизированные электроны сталкиваются с ионами. Поскольку расстояния между ионами в разных направлениях неодинаковы, различаются и пути свободного пробега электрона. Скорость электрона зависит от частоты столкновений с ионами и, следовательно, от направления движения. В результате взаимодействия ионной и электронной подсистем поверхность Ферми в некоторых направлениях должна искривляться. В кристаллах она теряет форму гладкой сферы, какую имела при отсутствии указанного взаимодействия: на ней появляются выступы и впадины.
Искривление поверхности Ферми под влиянием кристаллической решетки изменяет плотность разрешенных состояний электрона вблизи нее. Это оказывает влияние на свойства металла. Чем больше электронов вблизи поверхности Ферми, тем больше их может изменить свою энергию при внешнем воздействии на металлы. При нагревании, например, повышение плотности электронов у поверхности Ферми приводит к увеличению теплоемкости.
