Wiązania chemiczne są oddziaływaniami powodującymi, że atomy łączą się w cząsteczki (wiązania cząsteczkowe: kowalencyjne, jonowe, koordynacyjne) lub cząsteczki łączą się w większe skupiska, asocjaty (wiązania międzycząsteczkowe: głównie wiązania wodorowe).

WIĄZANIA JONOWE

Tworzy się między tymi atomami, dla których różnica elektroujemności wynosi więcej niż 1,7 (ogólnie przyjęta, umowna zasada). Np. między atomem potasu K (0,8) i chloru Cl (3,0). Gdy dwa takie atomy znajdą się obok siebie, pierwiastek bardziej elektroujemny (np. chlor) odbiera mniej elektroujemnemu (potasowi) elektron z jego powłoki walencyjnej i przyłącza go do swojej. Na skutek tego atom mniej elektroujemny staje się kationem (jon dodatni, z niedoborem elektronów), a atom bardziej elektroujemny anionem (jon ujemny, nadmiar elektronów). Kation z anionem, umownie + i - przyciąga się na zasadzie prostego oddziaływania elektrostatycznego - oddziaływanie to nazwano właśnie "wiązaniem" jonowym.
To elektrostatyczne oddziaływanie, zwane wiązaniem jonowym istnieje wtedy, kiedy kationy i aniony znajdują się na bliskiej odległości od siebie, a więc w ciałach stałych (np. kryształach soli zbudowanych właśnie z jonów dodatnich i ujemnych). Większość wiązań jonowych zanika po rozpuszczeniu lub stopieniu kryształu i nie istnieje w gazach, choć znane są chemikom substancje z na tyle silnymi wiązaniami jonowymi, że nie poddają się one "próbie sił", istniejąc trwale i niezależnie od środowiska.
Kryształ substancji jonowej nie przewodzi prądu elektrycznego bo potencjalne nośniki ładunku jakimi są jony, uwięzione są w sieci krystalicznej. Stopienie kryształu, bądź jego rozpuszczenie powoduje uwolnienie jonów z sieci krystalicznej, zerwanie oddziaływań między nimi i umożliwienie im swobodnego ruchu. Dlatego też stopione kryształy i roztwory substancji jonowych przewodzą prąd elektryczny.

WIĄZANIA KOWALENCYJNE
Tworzą się między atomami, między którymi różnica elektroujemności wynosi od 0 do 1,7. Istotą wiązania kowalencyjnego jest uwspólnianie elektronów przez dwa atomy tworzące między sobą wiązanie. Różnica elektroujemności między tymi atomami powoduje, że elektrony, które tworzą wiązanie i należą do całej cząsteczki, dużo częściej przebywają w obrębie atomu bardziej elektroujemnego, który je silniej przyciąga. Jest to przyczyną nierównomiernego rozłożenia gęstości elektronowej i cząstkowego ładunku elektrycznego na obu atomach. Zjawisko to nazywamy polaryzacją wiązania. Jest ono tym silniejsze im większa jest asymetria gęstości elektronowej, a zatem im większa różnica w elektroujemności (aż do wartości granicznej 1,7 po której wiązanie jest już tak spolaryzowane, że nazywamy je jonowym).
Wyróżniamy dwa typy wiązania kowalencyjnego: spolaryzowane i niespolaryzowane. Opisane przed chwilą zostało wiązanie spolaryzowane. Wiązanie niespolaryzowane powstaje wtedy, kiedy w cząsteczkę łączą się dwa atomy tego samego pierwiastka (O₂, H₂, N₂, itd.). Dlaczego? Otóż gdy łączą się dwa atomy tlenu nie ma między nimi różnicy elektroujemności i każdy równie silnie przyciąga elektrony wiążące. Rozkład gęstości elektronowej jest więc symetryczny i nie występuje polaryzacja wiązania.

WIĄZANIE KOORDYNACYJNE
Wiązanie koordynacyjne jest niejako formą wiązania kowalencyjnego. Różnica polega na tym, że w wiązaniu koordynacyjnym wiązanie tworzy się z elektronów pochodzących tylko od jednego pierwiastka, podczas gdy w wiązaniu kowalencyjnym elektrony tworzące wiązanie pochodziły od obydwu atomów w równej ilości.
Atom, który poświęca swe wolne elektrony na utworzenie wiązania koordynacyjnego nazywamy donorem. Drugi atom, którego elektrony nie biorą udział w tworzeniu wiązania to akceptor. Dlatego też wiązanie koordynacyjne nazywa się często wiązaniem donorowo-akceptorowym.

WIĄZANIE METALICZNE
Występuje w kryształach metali. Kryształ metalu zbudowany jest ze zrębów atomowych (atomów pozbawionych elektronów walencyjnych), będących dodatnio naładowanymi centrami sieci krystalicznej metalu, ułożonymi jeden obok drugiego. Elektrony walencyjne wyrwane z atomów krążą pomiędzy zrębami w całej przestrzeni kryształu i tworzą tzw. gaz elektronowy. Wiązanie metaliczne jest właśnie oddziaływaniem między gazem elektronowym, a zrębami.
Dzięki temu, że elektrony - przenośniki ładunku - mogą się w krysztale metalu dowolnie poruszać możliwe jest przewodzenie prądu elektrycznego.

Wiązanie wodorowe,

zwane również mostkiem wodorowym (protonowym), to oddziaływanie między kowalencyjnie związanym atomem wodoru (np. z azotem) a atomem silnie elektroujemnym dysponującym wolną parą elektronów. Nadają np. łańcuchom polipeptydowym (białka) uporządkowane struktury. Występują również w cząsteczkach kwasów nukleinowych, stanowiących nośniki cech dziedzicznych. To one sprawiają, że np. amoniak ma wyższą temperaturę wrzenia, aniżeli substancja o zbliżonych do NH₃ wielkości cząsteczek. Ale to także one występują między cząsteczkami wody i są "odpowiedzialne" za "nienormalność" tej substancji, która w stanie stałym (jako lód) może unosić się na wodzie - cieczy.

anizotropia fiz. występowanie różnych własności fiz. danego ośrodka (gł. ciał krystalicznych) w różnych kierunkach (np. inna wytrzymałość drewna na rozerwanie wzdłuż, a inna w poprzek włókna);

izotropia fiz. charakterystyczna cecha ośrodka (gł. ciał niekrystalicznych) polegająca na wykazywaniu jednakowych własności fiz. we wszystkich kierunkach;

Alotropia, występowanie tego samego pierwiastka chemicznego w 2 lub kilku formach krystalicznych (np. węgiel w postaci grafitu, diamentu i fullerenów) lub cząsteczkowych (tlen O₂ i ozon O₃), zw. odmianami alotropowymi. Znane są też liczne odmiany alotropowe m.in. arsenu, cyny, fosforu, antymonu, selenu, siarki. Każda odmiana alotropowa jest trwała w pewnym zakresie temperatury i ciśnienia. Zmiana tych warunków może spowodować określoną przemianę alotropową.

Elastomery. Są to polimery, które nawet po znacznych odkształceniach wracają do swej pierwotnej postaci lub bardzo do niej zbliżonej. Zdolność do odkształceń podczas rozciągania u elastomerów wynosi nawet do kilkuset procent. Inaczej mówiąc temperatura mięknienia- T_m elastomerów jest niższa od temperatury pokojowej czyli T_m<298 K. Przykłady elastomerów: kauczuki syntetyczne, niektóre odmiany polichlorku winylu. Elastomery z uwagi na możliwość utwardzania przez wulkanizację dzielimy na wulkanizujące i niewulkanizujące. Proces wulkanizacji przebiegający najczęściej w podwyższonej temperaturze, polega na kowalencyjnym wiązaniu sąsiednich makrocząsteczek, w miejscach nienasyconych wiązań, za pomocą siarki, tlenu, selenu lub telluru . Przykład wulkanizacji poliizoprenu (kauczuku naturalnego) przedstawiono na rysunku 6.

 

Rysunek 6. Wulkanizacja ( sieciowanie ) kauczuku naturalnego za pomocą siarki.

  Do wulkanizacji można użyć również ZnO, powstają wtedy mostki tlenowe. Sieciowanie między nienasyconymi atomami węgla może nastąpić również w sposób niekontrolowany, pod wpływem tlenu z powietrza, co jest przyczyną twardnienia gumy i jej utraty zdolności do odkształceń elastycznych ( pękanie gumy ). W miarę wzrostu ilości wprowadzanego środka wulkanizującego przechodzimy od miękkiego i rozciągliwego tworzywa jakim jest guma do twardego i sztywnego ebonitu; na przykład na bieżnik opony stosujemy gumę o zawartości 2-3% siarki, a do budowy skrzynek akumulatorowych używa się ebonitu zawierającego 30-35% siarki. Elastomery niewulkanizujące są to natomiast tworzywa z makrocząsteczkami liniowymi lub rozgałęzionymi, nie podlegające procesowi wulkanizacji. Najbardziej znanymi są polichlorek winylu zmiękczony ( PCWzm ) zwany popularnie igelitem (wykładziny podłogowe, rury, kable, uszczelki, tkaniny ) oraz kopolimer etylenu i propylenu ( wstęgi transporterów, rury gazowe, wysokonapięciowe kable, uszczelki ).

2. Plastomery .

Plastomery są to tworzywa o T_m> 298K, czyli takie których wydłużenie sprężyste w temperaturze pokojowej na ogół nie przekracza 100%.Plastomery dzielą się w zależności od zachowania się przy nagrzewaniu na termoplasty (tworzywa termoplastyczne ) i duroplasty. Wśród tych ostatnich wyróżnia się termo- i chemoutwardzalne.

Ohma prawo, prawo fizyki głoszące, że stały prąd I płynący w przewodniku jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia U (napięcie elektryczne). U=RI, gdzie współczynnik proporcjonalności R jest oporem elektrycznym (oporność elektryczna).

Natezenie i gestosc pradu
Pradem elektrycznym nazywamy uporzadkowany ruch ladunków wymuszony polem elektrycznym zewnetrznym. Pradem jest uporzadkowany ruch elektronów w metalach o stopach oraz dwukierunkowy ruch jonów w elektrolitach lub dwukierunkowy ruch elektronów i dziur w pólprzewodnikach
Natezeniem pradu - nazywamy stosunek ladunku przeplywajacego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu w którym ten przeplyw nastapil.



Jednostka jest 1A (amper). Amper jest to staly prad, który plynac w dwóch równoleglych prostoliniowych nieskonczenie dlugich przewodach o przekroju okraglym znikomo malym umieszczonych w prózni w odleglosci 1m od siebie wywolalby miedzy tymi przewodnikami sile 2*10^-7N na kazdy metr dlugosci.
Ze wzgledu na wartosc natezenia prad dzielimy na:
a) prad staly - natezenie ma stala wartosc w czasie. Prad ten w równych odstepach czasu przenosi ten sam ladunek.
b) prad zmienny - wartosc natezenia zmienia sie w czasie w równych odstepach czasu (okresowo), prad przenosi rózny ladunek.
c) prad przemienny - zmienia wartosc natezenia i kierunku.
Poniewaz ladunek w pradach zmiennych i przemiennych jest inny w kazdej chwili to natezenie definiujemy jako stosunek zmiany ladunku do czasu w którym ta zmiana nastapila.
Gestoscia pradu J nazywamy stosunek natezenia (I) pradu elektrycznego do pola powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika (S) Jednostka gestosci pradu jest amper na metr kwadrat. Gestosc jest wektorem bo zalezy od natezenia pola elektrycznego E. Ma kierunek i zwrot natezenia pola.

Przewodnictwo cieplne

Przewodnictwo cieplne polega na tym, że cząsteczki ośrodka o wyższej temperaturze, poruszające się szybciej (mające większą energię kinetyczną), przy zetknięciu z ośrodkiem o niższej temperaturze przekazują swoją energię kinetyczną aż do momentu wyrównania temperatur obu ośrodków. To, jak dana substancja przewodzi ciepło, zależy od charakteryzującego ją parametru - przewodności cieplnej. Najmniejszą przewodność cieplną mają gazy (najgorzej przewodzą ciepło), a największą ciała stałe, przy czym substancje porowate i włókniste przewodzą ciepło znacznie gorzej, niż metale (najlepsze przewodniki ciepła). Materiały porowate i włókniste - drewno, pianki, wata, tkaniny, dzianiny - mają w swojej strukturze przestrzenie wypełnione powietrzem o małej przewodności cieplnej i dlatego stanowią dobrą izolację. Ośrodkiem, za pośrednictwem którego odbywa się wymiana ciepła w pomieszczeniu, jest powietrze. Stykając się z przedmiotami o wyższej temperaturze, np. grzejnikiem czy ogrzaną słońcem powierzchnią, przejmuje od nich ciepło drogą przewodnictwa. Ciepłe powietrze jest lżejsze i unosi się do góry; napotykając przedmioty o niższej temperaturze ochładza się i opada. Jest to wymiana ciepła przez konwekcję. Im szybciej przepływa strumień powietrza, tym szybsza jest wymiana ciepła. Wymiana ciepła między budynkiem a otoczeniem odbywa się na te trzy sposoby. Całkowity opór cieplny - czyli odporność na utratę ciepła - oznacza się przez R, a zdolność do wymiany ciepła - współczynnikiem U. Im wyższe R lub niższe U, tym mniej ciepła jest tracone.

Konduktywnosc

Konduktywnosc materialu (przewodnosc wlasciwa) - jest to stala materialowa opisujaca wlasnosci przewodzace materialu. Im konduktywnosc wieksza tym lepszy przewodnik.

Konduktancja G to odwrotnosc rezystancji:




Jednostka jest jeden simens - 1s.

Spieki

Spiek, aglomerat, półwyrób lub wyrób gotowy otrzymany z proszków przez spiekanie (proces polegający na ogrzewaniu sproszkowanych lub drobnoziarnistych substancji do temperatury bliskiej temperaturze topnienia, bez doprowadzenia ich do stanu ciekłego). Zależnie od doboru składników rozróżnia się: spieki proste, jednoskładnikowe oraz spieki złożone, wielofazowe.

Do najważniejszych spieków złożonych zalicza się: pseudostopy(spiek złożony z nierozpuszczalnych w sobie w stanie ciekłym metali, np. wolframu i miedzi, grafitu i miedzi. Do pseudostopów zalicza się również węgliki spiekane), spieki ceramiczno-metalowe (cermet - spiek ceramiczno-metalowy uzyskiwany na drodze spiekania proszków ceramicznych i metalowych. Stanowi tworzywo o większej wytrzymałości mechanicznej niż materiały ceramiczne i o większej odporności na działanie wysokich temperatur niż metale), spieki grafitowo-metalowe (łączące własności grafitu z własnościami metalu, którym bywa najczęściej miedź, żelazo lub brąz) oraz spieki diamentowo-metalowe.

złącze p-n, obszar na styku dwóch półprzewodników, z których jeden wykazuje przewodnicwo akceptorowe (niedomiarowe, typu p, przewodzą dziury przewodzące) a drugi donorowe (nadmiarowe, typu n, przewodzą elektrony). W przypadku przyłączenia dodatniego bieguna zasilania do obszaru p, a ujemnego do obszaru n złącza p-n ma małą oporność (jest to tzw. polaryzacja złącza w kierunku przewodnictwa). Odwrotne podłączenie biegunów powoduje dużą oporność złącza p-n (jest tzw. polaryzacja zaporowa złącza). Właściwość ta, wyjaśnialna na gruncie teorii pasmowej budowy półprzewodnika, jest wykorzystywana w wielu elementach elektroniki półprzewodnikowej, stanowi m.in. podstawę działania diody półprzewodnikowej.

a) b)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rys. 4.1. Model pasmowy złącza.

a) przed utworzeniem, b) po utworzeniu.

n, p - typ półprzewodnika, W_V - wierzchołek pasma podstawowego, W_C - dno pasma przewodnictwa, W_F - poziom Fermiego, W_i - poziom samoistny, l_d - szerokość warstwy zaporowej, U_D - napięcie dyfuzyjne.

W modelu pasmowym złącza powstaniu ładunku przestrzennego odpowiada przesuniecie położenia pasm energetycznych (rys. 4.1). Różnica poziomów jest proporcjonalna do napięcia dyfuzyjnego. Należy zwrócić uwagę na występowanie pewnego jednakowego i wspólnego poziomu dla obu części półprzewodnika. Jest to tzw. poziom Fermiego. Dla półprzewodnika typu n poziom ten leży w górnej połowie pasma zabronionego, dla półprzewodnika typu p - w dolnej połowie pasma zabronionego. Poziom Fermiego przesuwa się w kierunku pasma przewodnictwa (dla typu n) lub podstawowego (dla typu p) przy wzroście koncentracji domieszek.

Tranzystor, trioda półprzewodnikowa (obecnie głównie krzemowa), element czynny układów elektronicznych służący do wzmacniania sygnałów elektrycznych. Wśród wielu rodzajów tranzystorów najbardziej typowe są tranzystory bipolarne (iniekcyjne): dwuzłączowe i jednozłączowe, oraz tranzystory unipolarne (polowe). Najprostszy tranzystor bipolarny dwuzłączowy, zbudowany jest z dwóch złącz p-n położonych blisko siebie (kolejno obszary n-p-n lub p-n-p).

W tranzystorach n-p-n pierwszy z obszarów n połączony jest ze stykiem nazywanym emiterem(elektroda emitująca nośniki mniejszościowe (w bezpośrednim sąsiedztwie styku znajduje się duża koncentracja domieszek), obszar p z tzw. bazą, a drugi obszar n z tzw. kolektorem (analogicznie dla układu p-n-p). Złącze emiter-baza spolaryzowane jest w kierunku przewodzenia (dioda półprzewodnikowa), złącze kolektor-baza spolaryzowane jest zaporowo.

Działanie tranzystora bipolarnego polega na tym, że prąd płynący z emitera do kolektora(elektroda przeznaczona do przyjmowania elektronów)sterowany jest przez prąd bazy. W przypadku tranzystora polowego rolę emitera pełni tzw. źródło, a kolektora tzw. dren, prąd płynący ze źródła do drenu sterowany jest przez potencjał bazy (efekt tunelowy-zjawisko kwantowe polegające na przenikaniu cząstki przez barierę potencjału), który reguluje szerokość bariery potencjału oddzielającej źródło i dren.

Pierwszy tranzystor, ostrzowy (o małych możliwościach zastosowań praktycznych), zbudowali w 1948 J. Bardeen i W.H. Brattain. Tranzystor bipolarny skonstruował w 1949 W.B. Shockley.

Wynalezienie tranzystora uważane jest za początek rewolucji elektronicznej XX w. Opracowanie w latach 60. metody fotograficznego maskowania i warstwowego trawienia, umożliwiającej miniaturyzację tranzystora, spowodowało znaczne potanienie produkcji i w konsekwencji masowe wytwarzanie tranzystorów oraz, zawierających ich setki, tysiące, a nawet miliony, układów scalonych.

Likwidus, wykres temperatury początkowej procesu odwracalnej krystalizacji roztworu lub stopu w zależności od jego składu. Dla układów dwuskładnikowych jest linią, dla trójskładnikowych - powierzchnią; Solidus, wykres temperatury końca procesu odwracalnej krystalizacji roztworu lub stopu w zależności od jego składu.

ld

UD

WV

WV

WV

Wi

Wi

Wi

WF

WF

WF

WC

WC

WC

W

W

n

n

p

p

---