Многие химические и физические свойства зависят от плотности упаковки атомов, и металлические кристаллы являются анизотропными телами.
Вместе с тем кристаллическое строение металлов обычно характеризуется высокой симметрией. Имеется не одна, а несколько групп параллельных плоскостей, одинаково плотно заселенных атомами и отстоящих одна от другой на равных расстояниях. В каждой из них имеются равнозначные, но не параллельные направления.
Упаковку атомов описывает и другим путем. В металлах с г.п. и г.ц.к. структурой атомы уложены плотнейшим образом в слоях, нормальных направлениям 001 и 111 соответственно. Если обозначить плотноупакованную плоскость базиса через а, а следующую параллельную ей также плотноупакованную плоскость через в (рис.1 слева),
то г.п. решетку можно представить в виде чередующихся а и б слоев: абабабабаб….. . Точное воспроизведение размещения атомов происходит через слой.
В г.ц.к. решетке плотноупакованные плоскости, размещение узлов в которых такое же, как и в базисной плоскости г.п., нормальны к направлению 111. Если обозначить одну из них через а (рис.1 справа), следующие параллельные ей плотноупакованные плоскости б и в, то они чередуются так: абвабвабв… . Здесь размещение узлов воспроизводится через две плоскости на третьей. Состояние атомов внутри кристалла и на его поверхности различно. Внутренние атомы окружены, как правило, максимально возможным равновесным числом соседей и имеют минимальную потенциальную энергию. Положения их в пространстве характеризуются потенциальными ямами и разделяются друг от друга энергетическими барьерами: потенциальное поле имеет трехмерную периодичность. Поверхностные атомы имеют меньше соседей и повышенную потенциальную энергию (рис.2, а).
При описании строения металлов нужно учитывать, что атомы всегда испытывают колебательные движения относительно положений равновесия. Они колеблются даже при температуре 0°К, что обусловлено взаимодействием ионов с электронами, быстро двигающимися и при абсолютном нуле. Эти колебания не теплового, а квантово-механического происхождения. С повышением температуры колебательное движение атомов усиливается.
Ускоряющиеся при нагревании коллективизированные электроны чаще сталкиваются с ионами, и электропроводность металлов понижается. Теплопроводность же при повышении температуры изменяется мало, так как уменьшение пути свободного пробега электронов компенсируется увеличением энергии, переносимой каждым из них. Перенос тепла в металлах осуществляется и атомными колебаниями. Механизм этого рода теплопроводности таков же, как и при распространении звука: энергия передается при соударении атомов.
