Atom -jego parametry

Średnica atomów n*10

-8

cm (nA), jądra n*10

-

12

cm

Średnica atomów n*10

-8

cm (nA), jądra n*10

-

12

cm

Prof.. J.Pietrzyk
02.2006p

Z=n

p

, =n

e

-liczba atomowa

Atom -jego parametry

• Z=n

p

, =n

e

-liczba atomowa

m=m

n

+ m

p

+m

e

-masa atomowa

m

e

=

1/1840*

m

n

(

m

n

=

m

p

), stąd

m=m

n

+ m

p

jeżeli przyjąć

m

n

=

m

p

=

1

to masa atomowa każdego

pierwiastka powinna być w przybliżeniu liczbą całkowitą,
tak nie jest gdyż większość pierwiastków występuje w
postaci izotopów np. Fe:
26Fe55.85= 26Fe54 (6%) +26Fe56 (91.6%)

+26Fe57 (2.1%) + 26Fe58 (0.3%)

po wybuchach jądrowych pojawia się izotop
promieniotwórczy o czasie półrozpadu 47.1 dni.

• Średnica

atomu zależna jest od ułożenia ich w sieci

krystalicznej np. Fe w sieci A2 (ferryt) 2.48A :A1 (austenit)
2.54A jeszcze inna (mniejsza) w związkach chemicznych.

Atom -jego parametry

Własności pierwiastka określa jego liczba

atomowa Z ściśle związana z budową

jego zewnętrznych powłok

elektronowych. Łatwość oddawania i

przyłączania elektronów na zewnętrzne

powłoki określa typ i charakter wiązań w

ciałach stałych -geometrię przestrzenną

wiązań.

Wiązania międzyatomowe

Silne A.Jonowe

Wiązania międzyatomowe

Silne A.Jonowe

Charakteryzują je :Moduł sprężystości
E, G

Temperatura topnienia

Ts Energia wiązań 600 -1550 kJ/mol
:kierunkowość wiązań

Charakteryzują je :Moduł sprężystości
E, G

Temperatura topnienia

Ts Energia wiązań 600 -1550 kJ/mol
:kierunkowość wiązań

(10Ne

)

(18Ar

)

Wiązania międzyatomowe silne
B.Kowalencyjne

w molekułach gazu, polimerach, węgiel -diament

Energia wiązań 500 -1250 kJ/mol :kierunkowość wiązań

Wiązania międzyatomowe silne
B.Kowalencyjne

w molekułach gazu, polimerach, węgiel -diament

Energia wiązań 500 -1250 kJ/mol :kierunkowość wiązań

Cl

2

Etylen CH

4

Polietylen (CH)

n

n=1000 -100000

Wiązania silne C. Metaliczne

Energia wiązań 100

-850 kJ/mol

Duża plastyczność (walcowanie na zimno miedzi do 0.001mm), duża

przewodność elektryczna, mała kierunkowość wiązań

Wiązania silne C. Metaliczne

Energia wiązań 100

-850 kJ/mol

Duża plastyczność (walcowanie na zimno miedzi do 0.001mm), duża

przewodność elektryczna, mała kierunkowość wiązań

Wiązania słabe (wtórne)

wywołane

są asymetrią ładunku elektrycznego molekuł.
Asymetria może być wywołana kierunkowością
wiązań HCl, H

2

O, jak i wyindukowana zbliżeniem

molekół (gazy szlachetne). Energia wiązań <40 kJ/mol
Występują w polimerach, tkankach biologicznych.

Wiązania słabe (wtórne)

wywołane

są asymetrią ładunku elektrycznego molekuł.
Asymetria może być wywołana kierunkowością
wiązań HCl, H

2

O, jak i wyindukowana zbliżeniem

molekół (gazy szlachetne). Energia wiązań <40 kJ/mol
Występują w polimerach, tkankach biologicznych.

Stan stały

substancji pojawia się przy niskich temperaturach gdy siły

międzycząsteczkowe przewyższą energię kinetyczną cząsteczek -przy
temperaturze Ts. Podczas przejść międzyfazowych Ciecz -Ciało stałe, Gaz
-Ciecz wydziela (pochłania) się ciepło danego procesu. Dla H

2

O L-S 1.4

kcal/mol (c. krystalizacji); L -G 9.71 kcal/mol

Stan stały

substancji pojawia się przy niskich temperaturach gdy siły

międzycząsteczkowe przewyższą energię kinetyczną cząsteczek -przy
temperaturze Ts. Podczas przejść międzyfazowych Ciecz -Ciało stałe, Gaz
-Ciecz wydziela (pochłania) się ciepło danego procesu. Dla H

2

O L-S 1.4

kcal/mol (c. krystalizacji); L -G 9.71 kcal/mol

Stan stały

charakteryzuje się:
1.Oscylacjami wokół
położenia r. 2.Gęstym
ułożeniem cząsteczek
2a.Struktury uporządkowane
-kryształy.

2b. Struktury
nieuporządkowane -ciała
amorficzne -przechłodzone
ciecze

Określenie

rodzaju

powstającej podczas
krzepnięcia struktury
umożliwiło odkrycie w 1895
roku

Promieniowania
rentgenowskiego

Stan stały

charakteryzuje się:
1.Oscylacjami wokół
położenia r. 2.Gęstym
ułożeniem cząsteczek
2a.Struktury uporządkowane
-kryształy.

2b. Struktury
nieuporządkowane -ciała
amorficzne -przechłodzone
ciecze

Określenie

rodzaju

powstającej podczas
krzepnięcia struktury
umożliwiło odkrycie w 1895
roku

Promieniowania
rentgenowskiego

I zastosowanie go przez Bragga (1913r.) do badania struktury ciał stałych.

I zastosowanie go przez Bragga (1913r.) do badania struktury ciał stałych.

Ts

Wykorzystanie charakterystycznego Z)

promieniowania rentgenowskiego do analizy
chemicznej -sondy, mikrosondy

Wykorzystanie charakterystycznego Z)

promieniowania rentgenowskiego do analizy
chemicznej -sondy, mikrosondy

Elektrony E=1-

10KV

Promieniowanie

rentgenowskie

(Z)   

01 10

Ciało stałe

Analizator I, (Z)

Komputer

Analiza ilościowa składu

chemicznego CS



k

Wykorzystanie charakterystycznego 



Z)

promieniowania rentgenowskiego do badania
struktury CS. Wykorzystanie prawa Bragga
2dsinn



Wykorzystanie charakterystycznego 



Z)

promieniowania rentgenowskiego do badania
struktury CS. Wykorzystanie prawa Bragga
2dsinn



d -odległość

pomiędzy obsadzonymi

atomami odbijającymi płaszczyznami
krystalograficznymi

.

Określając je dla

wszystkich kierunków można określić
ułożenie przestrzenne atomów
-przestrzenną sieć krystaliczną -jej
najmniejszy element -

Komórkę

elementarną np. A1; A2; A3 i
inn.

d -odległość

pomiędzy obsadzonymi

atomami odbijającymi płaszczyznami
krystalograficznymi

.

Określając je dla

wszystkich kierunków można określić
ułożenie przestrzenne atomów
-przestrzenną sieć krystaliczną -jej
najmniejszy element -

Komórkę

elementarną np. A1; A2; A3 i
inn.

Komórka A2

np.Fe

Luki oktaedryczne

miejsca które zajmują
rozpuszczone atomy węgla i
azotu (0.00n%)

Komórka A2

np.Fe

Luki oktaedryczne

miejsca które zajmują
rozpuszczone atomy węgla i
azotu (0.00n%)

2.86A

Komórki Elementarne A1 (Fe) Duże luki

rozpuszczalność C do 2.11%

Komórki Elementarne A1 (Fe) Duże luki

rozpuszczalność C do 2.11%

Komórka A3
Heksagonalna
zwarta

np.

Be ;Zn

Komórka A3
Heksagonalna
zwarta

np.

Be ;Zn

3.59A

W latach 30-tych ubiegłego wieku porównując
oszacowaną wytrzymałość teoretyczną
kryształów, z rzeczywistymi wynikami badań
wytrzymałości, stwierdzono znaczną rozbieżność,
sięgającą dwa, a nawet trzy rzędy wielkości.

Aby to wyjaśnić wprowadzono pojęcie wad

sieci krystalicznej. Obecność wad potwierdzono
eksperymentalnie wiele lat później gdy rozwinięto
nowe techniki badawcze m. inn mikroskopię
elektronową.

Obecnie wady dzielimy na trzy grupy:

Wady punktowe

Wady liniowe

Wady powierzchniowe

W latach 30-tych ubiegłego wieku porównując
oszacowaną wytrzymałość teoretyczną
kryształów, z rzeczywistymi wynikami badań
wytrzymałości, stwierdzono znaczną rozbieżność,
sięgającą dwa, a nawet trzy rzędy wielkości.

Aby to wyjaśnić wprowadzono pojęcie wad

sieci krystalicznej. Obecność wad potwierdzono
eksperymentalnie wiele lat później gdy rozwinięto
nowe techniki badawcze m. inn mikroskopię
elektronową.

Obecnie wady dzielimy na trzy grupy:

Wady punktowe

Wady liniowe

Wady powierzchniowe

Wady punktowe

-wakancje ilość-n/N=10(-4) dla T

s

; dla Fe przy 20C n/N=10

-19

-atomy międzywęzłowe własne ilość-n/N=10

-40

dla T

s

- atomy międzywęzłowe obce ilość-n/N=0-0.0n%
-atomy różnowęzłowe (substytucyjne) ilość-n/N=0-50%

Szybkości dyfuzji-
czas osiadłego życia
1 sec. Przy
temperaturze:

-w. Dla Fe -60C

-a.m.wł. Dla Fe -200C

-a.m.o. C w Fe +40C

-a.r. V w Fe +350C

Szybkości dyfuzji-
czas osiadłego życia
1 sec. Przy
temperaturze:

-w. Dla Fe -60C

-a.m.wł. Dla Fe -200C

-a.m.o. C w Fe +40C

-a.r. V w Fe +350C

D

Wady liniowe

10

8

10

12

Gęstość dyslokacji cm/cm

3

Przykład:

Materiał

G [MPa]



max

[MPa]



max

[MPa]

R

e

[MPa]



max

/R

e

Cu

45 000

7 150

14 300

30

475

Fe

80 000

12 750

25 000

160

150

D. krawędziowa

Wady liniowe

Odkształcenie
nieodwracalne
-plastyczne
materiałów
krystalicznych
odbywa się
najczęściej
poprzez poślizg
dyslokacji pod
wpływem
naprężeń
ścinających.
Przy wysokich
temperaturach
(dużo
wakancji) może
być
wspomagane
przez
wspinanie
dyslokacji.

Odkształcenie
nieodwracalne
-plastyczne
materiałów
krystalicznych
odbywa się
najczęściej
poprzez poślizg
dyslokacji pod
wpływem
naprężeń
ścinających.
Przy wysokich
temperaturach
(dużo
wakancji) może
być
wspomagane
przez
wspinanie
dyslokacji.

coscos 45

  

05

Wszelkie przeszkody na
drodze przemieszczającej
się linii dyslok. będą
umacniały materiał:



coscos

45


Wszelkie przeszkody na
drodze przemieszczającej
się linii dyslok. będą

umacniały

materiał:

A. Umocnienie przez wydzielenia

A. Umocnienie przez wydzielenia

B. Umocnienie
przez atomy obce

-umocnienie
roztworowe

B. Umocnienie
przez atomy obce

-umocnienie
roztworowe

C. Umocnienie
przez defekty
liniowe.

- dyslokacje ulokowane na
innych płaszczyznach.

Ich gęstość rośnie z
odkształceniem od 10

8

do

10

12

cm/cm

3

C. Umocnienie
przez defekty
liniowe.

- dyslokacje ulokowane na
innych płaszczyznach.

Ich gęstość rośnie z
odkształceniem od 10

8

do

10

12

cm/cm

3

D. Umocnienie
przez granice
ziaren.

D. Umocnienie
przez granice
ziaren.

Atomy obce rozpuszczone w sieci
dyfundując do strefy naprężeń wokół linii
dyslokacji tworzą Atmosfery Cottrella.
Daje to efekty wyraźnej granicy
plastyczności i efekty starzenia po
zgniocie.

Atomy obce rozpuszczone w sieci
dyfundując do strefy naprężeń wokół linii
dyslokacji tworzą Atmosfery Cottrella.
Daje to efekty wyraźnej granicy
plastyczności i efekty starzenia po
zgniocie.

C, N w Fe

Metaliczne materiały konstrukcyjne są, prawie zawsze
polikryształami, składają się z dużej liczby kryształów całkowicie
wypełniających przestrzeń. W materiałach jednofazowych
sąsiadujące ze sobą kryształy różnią się jedynie orientacją sieci.

Kryształy te nazywamy ziarnami, a obszary styku kryształów
granicami ziaren. W obszarach granicy następuje zmiana
orientacji sieci. Granice umacniają materiał Re=Ro+kd

-1/2

, są

drogami szybkiej dyfuzji.

Defekty powierzchniowe (płaskie)
- granice ziaren

np.

Fe

Defekty powierzchniowe (płaskie)
- granice ziaren

np.

Fe

Charakterystyki ilościowe-
średnia średnica ziarna d

Nanoziarna d=3 -0.00n [m]
ziarna d=3 -50 [m]

Granice między ziarnami jednej fazy

Granice między ziarnami
dwu faz i

Prof.. J.Pietrzyk
02.2006p