Materia i jej składniki



Materia składa się z wielu cząstek elementarnych (ponad

300)



Całość zjawisk związanych z elementarnymi cząstkami

materii i oddziaływaniami między nimi opisuje tzw.

model

standardowy



Według współczesnej wiedzy materia zbudowana jest z

6

kwarków i 6

leptonów, które są cząstkami niepodzielnymi,

wchodzącymi (w grupach lub pojedynczo) w skład innych
cząstek materii

Najważniejsze cząstki

elementarne

Klasyczny model budowy

atomu



Jądra o średnicy 10

-12

cm,

zawierającego

głównie

protony

i

neutrony,

skupiającego prawie całą
masę

atomu

i

posiadającego

ładunek

dodatni.



Liczba

elektronów

odpowiada

liczbie

protonów w jądrze, tak że
atom

jako

całość

jest

elektrycznie obojętny.

Atom zbudowany jest
z:



Części zewnętrznej o

średnicy 10

-7

– 10

-8

cm

zawierającej krążące wokół
jądra elektrony.



Oderwanie elektronu od

atomu

lub

przyłączenie

elektronu

do

atomu,

powoduje, ze staje się on
odpowiednio

jonem

dodatnim lub ujemnym.

Wniosek: atomy są „puste”

Jądro - średnica - 10

-12

mm

Średnica atomu - 10

-7

mm

Model

Jądro = główka szpilki o średnicy

ok. 1mm

To średnica atomu = 10 m

Elektron

Jądro

Właściwości materii

Właściwości fizyczne i chemiczne materii zależą od:



Struktury elektronowej atomów, a w efekcie od rodzaju

tworzących ją pierwiastków.



Rodzaju wiązań występujących między atomami.



Sposobu ułożenia atomów.

Wiązania pomiędzy atomami



Spójność ciał stałych jest wynikiem działania sił

przyciągania pomiędzy atomami.



Tworzenie się wiązań między atomami polega na

wymianie lub uwspólnieniu elektronów walencyjnych



Ze względu na charakter sił przyciągania w ciałach stałych

występują następujące rodzaje wiązań:



Wiązania pierwotne –

jonowe, kowalencyjne (atomowe) i

metaliczne

,



Wiązania wtórne – międzycząsteczkowe zwane często

wiązaniami Van der Waalsa,



Wiązania mieszane.

Wiązania jonowe



Polegają na elektrostatycznym przyciąganiu pomiędzy

dodatnimi i ujemnymi jonami.



Przykładem wiązań jonowych są te, które występują w

chlorku sodu (NaCl) czyli w popularnej soli kuchennej.

Wiązania jonowe

Równowagowej odległości
między jonami odpowiada
minimum

energii

oddziaływań,

nazywane

energią wiązania

Wiązania jonowe

Wiązania kowalencyjne



Powstają w wyniku dążenia atomów do utworzenia

trwałych 2 lub 8 elementowych konfiguracji przez powstanie
wspólnych elektronowych par wiążących.



Przykładem wiązania kowalencyjnego jest wiązanie w

cząsteczce wodoru



Przykładem „czystego” wiązania kowalencyjnego jest

wiązanie pomiędzy atomami węgla w

diamencie.

Wiązania kowalencyjne

Sieć krystaliczna diamentu

model dwuwymiarowy

Sieć krystaliczna diamentu

model przestrzenny

Wiązania kowalencyjne



Wiązania kowalencyjne są bardzo silne – dlatego

kryształy z tymi wiązaniami są bardzo twarde i
wytrzymałe i na ogół mają wysoką temperaturę topnienia.



Oprócz diamentu w prawie czystej postaci występują w

krzemie i germanie oraz w węgliku krzemu, natomiast
duży ich udział w takich metalach jak wolfram, molibden
czy tantal powoduje wysoką temperaturę topnienia tych
metali.

Wiązania metaliczne



Jak sama nazwa wskazuje są one dominującym (choć nie

jedynym) rodzajem wiązań występujących w metalach i
stopach metali.



W metalu elektrony o najwyższej energii mają tendencję do

porzucania „swoich” atomów (które stają się jonami) i
tworzenia „chmury” dość swobodnie poruszających się
elektronów tzw. gazu elektronowego.



Poruszające się pomiędzy jonami elektrony stanowią

„lepiszcze” wiążące jony na zasadzie elektrostatycznego
przyciągania



Właściwości gazu elektronowego uzasadniają takie

typowe właściwości metali jak : dobre przewodnictwo
elektryczne i cieplne, plastyczność i metaliczny połysk.

Wiązania wtórne

Wiązania Van der Waalsa



Należą do najsłabszych wiązań międzyatomowych, ale

bardzo istotnych.



Źródłem sił przyciągania w tego rodzaju wiązaniach są

dipole elektryczne tzn. cząsteczki lub atomy o pewnej
biegunowości, która wynika z asymetrii chwilowego
rozkładu ładunku przestrzennego atomu względem jądra.



Przykładem jest ciekły azot, który jest cieczą w

temperaturze -198

o

C dzięki siłom Van der Waalsa pomiędzy

cząsteczkami N

2

(o wiązaniach kowalencyjnych)

Wiązania wodorowe

Wiązania wtórne



Występują między innymi w wodzie i powodują, że jest ona

cieczą w „normalnych” warunkach.



Bez tych wiązań woda wrzałaby w temperaturze – 80

o

C i

życie w tej postaci, w jakiej je znamy na Ziemi, nie mogłoby
istnieć.



Łączą między sobą łańcuchy polimerowe, tworząc z nich

ciała stałe.

Rodzaje wiązań występujących w

podstawowych grupach materiałów

inżynierskich