1) Materia i jej właściwości:

a) Podstawowe elementy materii stanowią energia i masa. Pomiędzy energią i masą zachodzi prosta zależność zwana:

- zasadą równowagi i energii

- relacją względności Einsteina E=m*c*c

b) Nienaruszalność istnienia materii - prawo zachowania materii.

W układzie zamkniętym suma materii, która występuje zarówno w postaci energii i masy pozostaje wielkością stałą niezależnie od przemian fizycznych i chemicznych zachodzących w tym układzie.

c) Cechą materii jest jej dualistyczny charakter falowo-korpuskularny.

- możemy mówić o elementach, cząstkach budujących materię

- można opisać zachowanie materii jak ruch fali

NIESTABILNOŚC JĄDER ATOMOWYCH (PRZEMIANY JĄDROWE) - przyczyna niestabilności jader atomowych jest nieodpowiedni stosunek protonów do neutronów. Najtrwalsze jadro ma izotop niklu ⁶⁰₂₈NI i ⁵⁵₂₆Fe - tworzą jadro ziemi. Bardziej trwałe jądra o parzystej liczbie protonów i neutronów. Samorzutnym przemianom jądrowym towarzyszy emisja promieniowania - α- jądro helu (łatwo zatrzymać), β - strumień elektronów, β+ - strumień pozytonów, γ - elektormagnetyczne (ciężko zatrzymać) (rysynki i reakcje strona 7,8)

LICZBY KWANTOWE:

-jednoznacznie identyfikują elektron w atomie-wykazują, że wielkości takie jak: energia, moment pędu, moment spinowy zmieniają się skokowo (są kwantowane)-określają stan energetyczny elektronu-informują o gęstości prawd. znalezienia elektronu w atomie

n - główna liczba kwantowa: (określa powłokę)-przyjmuje wartości liczb naturalnych (1-K,2-L,3-M,…,7-Q)-określa stan energetyczny elektronu oraz zasadniczą odległość elektronu od jądra,l - poboczna (orbitalna) liczba kwantowa: (określa podpowłokę)-miara orbitalnego momentu pędu elektronu-dokładniej określa stan energetyczny elektronu (w ramach „n”)-określa odstępstwo od kulistego kształtu orbitalu-przyjmuje wartości:
(0-s,1-p,2-d,3-f)m - magnetyczna liczba kwantowa: (określa orbital)-kwantuje wartość rzutu momentu pędu elektronu w zewnętrznym polu mgn.-określa przestrzenny układ największego prawdopodobieństwa znalezienia elektronu-przyjmuje wartości
s - spinowa liczba kwantowa:-określa spin elektronu (własny moment pędu, który jest związany z ruchem wewnętrznym), z którym sprzężony jest pewien własny, trwały moment magnetyczny-przyjmuje wartości

W atomie nie może być 2 różnych elektronów mających takie same wart. wszystkich l. kwant.

Układ okresowy pierwiastków

- tabela, która obejmuje wszystkie pierwiastki chemiczne, uporządkowane według wzrastających liczb atomowych, zgodnie z ich strukturą elektronową. Właściwości pierwiastków zmieniają się w sposób ciągły w okresie i powtarzają okresowo w grupie (rodzinie). Grupy - słupki pionowe, Okresy - rzędy poziome.

W grupie umieszczone są pierwiastki o jednakowej liczbie elektronów walencyjnych (pierwiastki w grupie wykazują znaczne podobieństwo). Elektrony walencyjne (o najwyższych energiach) - elektrony atomu które mogą brać udział w tworzeniu wiązań chemicznych - wszystkie elektrony s i p, a w atomach nie których pierwiestków d i f. Pozostałe elektrony wraz z jądrem tworzą rdzeń atomowy.

Promienie atomowe rosną w grupach.

Promienie atomowe maleją w okresie.

Zmienność właściwości atomowych pierwiastków :

właściwości atomowe to cechy pojedynczych, izolowanych atomów. Energia jonizacji (umieć narysować wykres!) jest to energia potrzebna do oderwania elektronu najsłabiej związanego z atomem i przeniesienia go poza sferę oddziaływania atomu, jest ona nazywana pierwszą energią jonizacji (E₁): A + energia A⁺ + e. Energia potrzebna do oderwania drugiego elektronu, czyli druga energia jonizacji, jest zawsze większa od E_1: A⁺ + energia A²⁺ + e. Energia jonizacji zależy od wielkości atomu, ładunku jądra, skuteczności ekranowania tego ładunku przez pozostałę elektrony oraz budowy powłoki elektronowej, z której elektron jest usuwany. Prawidłowości w zmianach energii jonizacji (okresowość) występują przede wszystkim w grupach pierwiastków s- i p-elektronowych. Energia jonizacji maleje w grupie i rośnie w okresie. Elektroujemność jest umowna miarą skłonności atomu do przyciągania elektronów podczas tworzenia wiązania chemicznego. Decyduje o charakterze wiązań chemicznych. Dla rodzin głównych rośnie w okresie, maleje w grupie. Wg. skali Paulinga najbardziej elektroujemnemu pierwiastkowi F przypisano wartość 4, a najbardziej elektrododatniemu Cs: 0,7 (wartość bezwymiarowa). Promienie atomowe rosną w grupach i maleją w okresie. Promień atomowy rośnie w rodzinach, ale ten przyrost nie jest bardzo duży. Promienie jonów danego atomu znacznie różnią się od niego wymiarami. Kationy są znacznie mniejsze od promienia atomu. Aniony są znacznie większe od promienia atomu( różnica wynika z braku oddania lub przyjęcia elektronów). Wartościowość: jest to liczba oddawanych lub przyjmowanych elektronów w procesie tworzenia wiązania chemicznego. Oddawanie elektronów jest jednoznaczne z „wartośc. dodatnią” - kationy (jony dodatnie). Przyjmowanie elektronów jest jednoznaczne z „wartośc. ujemną” - aniony (jony ujemne). Stopień utlenienia pierwiastka to liczba elektronów, jaką atom przyjąłby (lub oddał), gdyby utworzone wiązanie miało charakter czysto jonowy. Dla rodzin głównych (grupy 1,2, 13-17) max. dodatnia wartościowość jest równa ostatniej cyfrze numeru grupy. Max ujemna wartościowość = 18 - numer grupy (dotyczy pierw. z końcowych grup układu: 15-17). Rodziny (grupy) dodatkowe (gr. 3-12) - pierwiastki tworzą tylko jony dodatnie, wartościowość dodatnia.

2) Wiązania chemiczne

Spowodowane przez siły I rzędu, powstające na wskutek wymiany elektronów:

1. wiązanie atomowe, kowalencyjne, hemopolarne

- uwspólnienie elektronów sąsiadujących atomów

- wiązanie między atomami elektroujemnymi

- przykłady: O2, N2, CH4, H20, C6H6, tłuszcze

2. wiązania jonowe, heteropolarne, elektrowalencyjne

- przeniesienie elektronów walencyjnych od atomów jednego rodzaju do atomów drugiego rodzaju

- wiązanie między atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi

- przykłady: NaCl, KF, CaCl2

3. wiązanie metaliczne

- uwspólnienie części elektronów walencyjnych bardzo wielu atomów

- wiązanie miedzy atomami elektrododatnimi

- przykłady: Fe, Cu, Na, stopy metaliczne

Spowodowane przez siły II rzędu, niezwiązane z wymiana elektronów między atomami:

Wiązanie van der Waalsa, wiazanie między cząsteczkowe, w. miedzymolekularne

- elektrostatyczne przyciąganie trwałych lub chwilowych dipoli

- przykłady: zestalanie się gazów szlachetnych w niskich temperaturach

ISTOTA WIĄZANIA I WŁAŚCIWOŚCI SUBSTANCJI OPARTYCH O TO WIAZANIE

WIAZANIE ATOMOWE) -kowalencyjne homeopolarne. uwspólnienie jednej lub więcej par elektronów sąsiadujących atomów, wiązanie między atomami elektroujemnymi np. 0₂ N₂ CH₄ (gazy) H₂O C₆H₆ (ciecze) ciała stałe niewielkiej twardości tłuszcze. Właściwości a)Wiązanie wysokoenergetyczne 100-300kcal/mol, może być wielokrotne. ,b) wiązanie kierunkowe (miejsce włączenia partnera ściśle określone) symetria drobiny wynika z kształtu orbitali molekularnych(z uwzględnieniem hybrydyzacji) c) nie przewodzą prądu po stopieniu i rozpuszczeniu w wodzie (woda niszczy siły van der Walsa a nie siły atomowe) np. cukier d) załamanie światła n=1,9-2,6 e) rozpuszczalne w rozpuszczalnikach niepolarnych f) drobiny „wysycone chem” daltego w temp pokojowej gazy ciecze i ciał stałe o małej tward. Wyjątek diament.

WIĄZANIE JONOWE - heteropolarne elektrowalencyjne (połączenie 2 jonów) przeniesienie elektronów walencyjnych od atomów jednego rodzaju do 2 rodzaju, wiązanie miedzy atomami elektrododatnimi i elektroujemnymi. Np. ( tylko ciała stałe) sole NaCl, KF Właściwości a) wiązanie bezkierunkowe łatwość budowy sieci we wszystkich kierunkach sieci , związki jonowe to ciała stałe. b) wiązanie wysoko energetyczne 150kcal/mol - powoduje to wysoka temp topnienia i wrzenia c) substancje nie przewodzą prądu w stanie stałym- dopiero po stopieniu d) Wcieczy polarnej np. wodzie ulegają dysocjacji na jony i wtedy przewodzą prąd elektryczny e) takie związki wykazują niska rozszerzalność cieplną f) niski współczynnik załamania światła 1,3 -1,9 ciała szkliste bezbarwne przeźroczyste g)kryształy jonowe mogą być twarde i kruche.

WIĄZANIE METALICZNE - uwspólnienie części elektronów walencyjnych bardzo wielu atomów, wiązanie miedzy atomami elektro dodatnimi, przykłady Fe Cu , stopy metaliczne (ciała stałe) , tylko metale. Właściwości a)wiązanie tworzone w fazie stałej, b) dobre przewodnictwo elektronowe c) łatwość efektu fotoelektrycznego d) dobre przewodnictwo cieplne, e)wysoki współczynnik rozszerzalności f) połysk metaliczny odbicie światła g) palstyczność kowalność odporność na uderzenia (wynikają z wiązania bezkierunkowego i wysokiej symetrii) h) energia wiązania różni metale w dużym zakresie 20-100kcal/mol i z tego wynika różna twardość, temp topnienia odporność na korozję, aktywność chem.

WIĄZANIE MOLEKULARNE (van der Walsa) - przyciąganie dipoli (ładunków elektrostatycznych) ,oddziaływanie elektrostatyczne cząsteczek atomów jonów np. zestalanie się gazów szlachetnych w niskich temp. wiązanie niskoenergetyczne. Nie ma charakteru typowego wiązania chem ( nie przebiega reakcja chem ) wpływa jedynie na stan skupienia , przemiany fazowe (topnienie i wrzenie) , adsorpcję fizyczną.

HYBRYDYZACJA ORBITALI ATOMOWYCH:

Hybrydyzacja jest „uśrednieniem” orbitali atomowych (wiąże strukturę elektronową z kształtem utworzonej cząsteczki).

Typ hybrydyzacji, kształt cząsteczki, kąt między wiązaniami, przykład:

1) sp, liniowa, 180, BeF₂, C₂H₂ 2) sp², płaski trygonalny, 109,28, CF₄,C₆H₆,C₂H₄

3) sp³, tatraedryczny, 120 i 90, CH₄, NH₃, H₂O 4) sp³d, bipiramida trygonalna, 90, PCl₅

5) sp³d², oktaedryczny, 72 i 90, SF₆

Hybrydyzacja orbitali atomowych
-

atom węgla może ulegać hybrydyzacji -sp³ (tetraedr np. CH₄) -sp² (struktura trójkątna płaska np. C₂H₄, C₆H₆) -sp (struktura liniowa np. C₂H₂). Np. C₂H₄ w stanie podstawowym ma konfiguracje 1s²2s²2p² a w stanie wzbudzonym 1s²2s¹2p¹.

Woda(struktura i właściwości):

budowa molekuły wody wynika z hybrydyzacji sp³. W ciekłej wodzie wskutek zbliżenia molekuł H₂O następuje uporządkowanie na bliski zasięg. W temp. 0˚C powstaje lód - symetria uporządkowana i liczba koordynacyjna 4 [ lód(wszystkie cząsteczki H₂O związane) (0˚C) woda(ciecz- zerwanie części wiązań wodorowych) 100˚C para wodna (brak wiązań między drobinami H₂O)] Wiązanie wodorowe powoduje że woda w przyrodzie występuje w postaci ciekłej i stałej, a nie tylko jako gaz. Największa gęstość wody- w temp. 4˚C. Woda związana w ciałach stałych: woda krystalizacyjna (związana chemicznie- wydzielanie tej wody powoduje zniszczenia sieci krystalograficznej substancji), woda związana fizykochemicznie (sorpcyjnie), woda związana fizycznie. Woda związana fizykochemicznie, na powierzchni ciała stałego w cienkiej warstwie (kilkumolekularnej) na następujące właściwości:

• gęstość 1,3-2,4 g/cm³

• przewodnictwo elektryczne ~0

• Stała dielektryczna ~2,2 (woda swobodna ε_25˚C=78,5)

Każda następna warstwa wody jest słabiej związana z powierzchnią ciała stałego, a jej właściwości zbliżają się do charakterystycznych dla wody swobodnej.

3) Wpływ rodzaju wiązania na właściwości substancji krystalicznej

Tabela str 21

WPŁYW PARAMETRÓW (c,T,p) NA STAN RÓWNOWAGI CHEMICZNEJ:

Zmiana ciśnienia wywiera wpływ na wydajność reakcji jedynie wtedy, gdy liczba moli produktów reakcji jest różna od liczby substratów ∆n
0, gdy ∆n < 0 wzrost ciśnienia powoduje przesunięcie równowagi w prawo w kierunku w kierunku zmniejszenia ilości moli, gdy ∆n > 0 wzrost ciśnienia powoduje przesunięcie równowagi w lewo w kierunku zmniejszenia ilości moli, w przypadku gdy ∆n = 0, liczba moli produktów = liczbie moli substratów. Zmiana ciśnienia nie wywołuje żadnych zmian w układzie znajdującym się w stanie równowagi.

Temperatura: Jeżeli reakcja jest endotermiczna to wzrost temperatury w myśl reguły przekory przesuwa równowagę w kierunku kompensacji tej zmiany, czyli w kierunku pochłaniania ciepła ( tj. z lewej strony na prawą). Wzrost temperatury w przypadku reakcji egzotermicznej przesuwa ją w kierunku odwrotnym (z prawej strony na lewą).

Stężenie: Wzrost stężenia substratów, w układzie powoduje przesunięcie równowagi z lewa na prawo w kierunku syntezy produktu, tym samym zwiększa wydajność procesu.

Elementy sieci krystalograficznej:

- węzły sieci - punkty w których znajdują się składniki budujące sieć (atomy, jony lub cząsteczki), - prosta sieciowa - prosta przechodząca przez sieć na której w równych odstępach znajdują się węzły sieci, - okres translacji (stała sieciowa) - najkrótsze odcinki między sąsiednimi węzłami, - płaszczyzna sieciowa- przechodzi przez równooddalone i równoległe proste sieciowe, - elementarna komórka sieciowa - najmniejszy fragment sieci przestrzennej substancji krystalicznej, którego powtarzanie pozwala na odtworzenie całej sieci. Każda substancja krystaliczna ma swój podstawowy czworościan, którego cechują parametry a,b,c odcięte na osiach krystalograficznych x,y,z nachylonych do siebie pod kątami α,β,γ.

Układy krystalograficzne-

krystalografia opisuje uporządkowanie przestrzenne jonów, atomów, cząsteczek w sieci krystalicznej ciał stałych. Każda substancja krystaliczna na swój podstawowy czworościan, którego cechują parametry a, b, c odcięta na osiach krystalograficznych x, y, z nachylonych do siebie pod katami α, β, γ. Rozróżniamy 7 rodzajów sieci krystalograficznych, którym odpowiada 7 typów elementarnych komórek sieciowych:

• Regularny, a = b = c, α = β = γ = 90˚

• Tetragonalny, a = b ≠ c, α = β = γ = 90˚

• Rombowy, a ≠ b ≠ c, α = β = γ = 90˚

• Heksagonalny, a = b ≠ c, α = β = 90˚, γ= 120˚

• Trygonalny (romboedryczny), a = b = c, α = β = γ ≠ 90˚

• Jednoskośny, a ≠ b ≠ c, α ≠ 90˚, β = γ = 90˚

• Trójskośny, a ≠ b ≠ c, α ≠ β ≠ γ ≠ 90˚

4) Kondensacja krzemianów

Tabela str. 9

INFORMACJE WYPŁYWAJĄCE Z STANDARDOWEGO SZEREGU NAPIĘCIOWEGO METALI.

Szereg napięciowy - uporządkowany wg wzrastającego potencjału standardowego (elektrochemicznego) czyli skłonności do korozji elektrochemicznej. Wnioski z niego wynikające: a) Metale o ujemnym pot. standardowym są aktywne chem.( nieszlachetne) utleniają się łatwo a trudno redukują. b) Metale o dodatnim pot. stand. (szlachetne) są bierne chem., trudno je utlenić. c) Metal o niższym pot wypiera metal o wyższym. Metal jest reduktorem dla metalu stojącego za nim a utleniaczem dla stojących przed nim. d) metal o ujemnym pot roztwarza się w kwasach tworząc sól i wypierając wodór (cynk +chlor= chlorek cynku + wodór) e) metal o dodatnim pot rozpuszcza się tylko w kwasach utleniających lub ich mieszaninach ( stężony siarkowy VI i azotowy) np.( miedz + kw. azotowy= azotan miedzi+ 2-tlenek azotu + woda)

RODZAJE OGNIW KOROZYJNYCH:

Stykowe, stężeniowe, naprężeniowe, temperaturowe

Ochrona przed korozją elektrochemiczną -

modyfikacja środowiska korozyjnego (usuwanie składników korozyjnych) - stosowanie stali nierdzewnej o strukturze jednofazowej - wytwarzanie stopów metalicznych o bardzo drobnych kryształach - unikanie takich kompozycji materiałowych, które umożliwią powstanie ogniw stykowych - powłoki ochronne (organiczne -emalie, lakiery, tworzywa sztuczne; ceramiczne - emalie, powłoki tlenkowe; - metaliczne - wytworzone z metalu bardziej szlachetnego np. żelazo pokryte miedzią, lub wytworzone z metalu mniej szlachetnego np. żelazo pokryte cynkiem).

Ochrona elektrochemiczna: ochrona katodowa za pomocą protektorowej (traconej) anody - skorodowane płytki zastępuje się nowymi; Ochrona katodowa za pomocą prądu zewnętrznego - połączenie chronionego obiektu z ujemnym biegunem słabego źródła napięcia stałego - obiekt staje się katodą; Ochrona anodowa - stosowana dla metali na których tworzą się warstewki pasywne - wystarczy niewielki prąd do utrzymania szczelnej warstewki pasywacyjnej lub stosuje się metale szlachetne jako dodatki stopowe tworzące katody lokalne w procesie korozji; Ochrona za pomocą inhibitorów - ujemnych katalizatorów zmniejszających szybkość korozji; Unikanie połączeń, gdzie anoda o małej powierzchni łączy się z katodą o dużej powierzchni; Projektowanie konstrukcji tak, aby nie było miejsc gdzie gromadzi się elektrolit lub znieczyszczenia; Spawanie jest lepszą techniką antykorozyjną niż lutowanie lub nitowanie.

Metody oceny korozji -

w zależności od celu badań i rodzaju występującej korozji stosujemy:

• Metodę wizualną oceny zmian wyglądu powierzchni

• Met. Oceny zmian masy i wymiarów (korozja równomierna)

• Met. Oceny częstotliwości występowania zmian korozyjnych oraz ich głębokości (korozja wżerowa)

• Met. Oceny zmian właściwości mechanicznych (kor.strukturalna, wszystkie przypadki korozji nierównomiernej)

• Met. oceny korozji podpowłokowej

Postęp korozji równomiernej jest oceniany na podstawie szybkości korozji wagowej (V_c) lub liniowej (V_p), które stanowią odpowiednio pierwszą pochodną ubytków wagowych lub liniowych zmian korozyjnych po czasie t działania korozji. Miarą odporności metali na korozję jest 10-stopniowa skala wyrażana w jednostce liniowej szybkości korozji mm/rok. Szybkość korozji zależy od charakteru atmosfery oddziałującej na metal. Różne rodzaje spoiw mineralnych wykazują odmienną agresywność wobec metali. Powinno to być uwzględnione przy projektowaniu elementów budowlanych.

8) Spoiwa mineralne - materiały wiążące pochodzenia nieorganicznego. Są to rozdrobnione materiały, które wymieszane z wodą lub odpowiednimi roztworami soli ulegają twardnieniu dając zwartą masę.

Spoiwa ze względu na zachowanie w środowisku wodnym dzielimy na:

- spoiwa powietrzne, które twardnieją w powietrzu, wykazują znaczny spadek wytrzymałości w wodzie

- spoiwa hydrauliczne, które twardnieją w powietrzu i w wodzie, wykazują w obu środowiskach dobre właściwości mechaniczne.

Zapisy skrócone tlenków

Tabelka: Właściwości spoiw zależą od składu mineralogicznego

Tabelka: elektroujemność tlenków

Tabelka: podstawowe spoiwa mineralne stosowane w budownictwie

MODUŁY CEMENTÓW HYDRAULICZNYCH o właściwościach hydraulicznych danego materiału stanowi właściwy dobór składników wyznaczany za pomocą modułów. We wzorach tlenki oznaczają ich stężenia procentowe Moduł krzemianowy Mk=SiO₂/ (Al₂O₃ + Fe₂O₃) Moduł glinowy Mg = Al₂O₃/ Fe₂O₃ moduł hydrauliczny Mh = CaO/ (Fe₂O₃ + SiO₂ + Al₂O₃).

PODST. TLENKI I MINERAŁY CEMENTU PORTLANCKIEGO:

Tlenki: CaO(62-68%),SiO₂(18-25%),Al₂O₃(4-8),Fe₂O₃(2-4),MgO(0,5-2,5),SO₃(0,8-3)

Minerały: Alit(krzemian trójwapniowy)-3CaO* SiO₂-C₃S, belit(krzemian dwuwapniowy)- 2CaO* SiO₂-C₂S, glinian trójwapniowy- 3CaO*Al₂O₃-C₃A, braunmilleryt(glinożelazian czerowapniowy)- 4CaO*Al₂O₃* Fe₂O₃-C₄AF, Trójglinian pięciowapniowy-5CaO*3Al₂O₃-C₅A₃, gips(siarczan wapnia dwuwodny)-CaSO₄*2H₂O-CSH₂

Minerały cementu różnią się: reaktywnością wobec wody, ciepłem i szybkością hydratacji, wpływem na wytrzymałość mechaniczną, wpływem na odporność chemiczną stwardniałego zaczynu cementowego

Defekty sieci krystalicznej:

- Defekty stechiometryczne - brak jonów o przeciwnych znakach - elektroujemność zostaje zachowana. Defekt typowy dla sieci jonowej o dużej liczbie koordynacyjnej; brak pary jonów (defekt Schottyky'ego); Defekt Frenkla - typowy dla sieci jonowej o niskiej koordynacji; zaburzenia typu porządek<====>nieporządek.

- Defekty niestechiometryczne - nadmiar pierwiastka metalicznego (brak anionu) ładunek równoważy obecność elektronu; nadmiar pierwiastka metalicznego - występowanie dodatkowego kationu w pozycji międzywęzłowej - ładunek sieci równoważy elektron w pozycji międzywęzłowej; niedomiar pierwiastka metalicznego - w węźle brak jonu dodatniego (sąsiedni węzeł zajmuje kation o wyższym ładunku);

Zaburzenia liniowe - dyslokacje - krawędziowe, śrubowe.

Zaburzenia powierzchniowe - stan atomó powierzchniowych różni się od tych wewnątrz.

Zwiększenie ilości dyslokacji.

Zablokowanie dyslokacji.

Autodyfuzja - ruch głównych składników sieci.

Dyfuzja - ruch defektów wywołanych obecnością domieszek, umożliwia reakcję w fazie stałej, (zachodzi gdy stykają się materiały o róznym składzie).

Szkło-

dowolna substancja, która przy ochłodzeniu przechodzi w sposób ciągły od stanu zwykłej cieczy do stanu w którym jej lepkość przekracza 10¹³ P (1P = 0,1 Pa s; 1Pa = 1 N/m²), pozostająca w głównej swej masie w stanie nieskrystalizowanym. Szkło jest jednorodnym, izotropowym i bezpostaciowym materiałem. Stan szklisty nie jest stanem termodynamicznie trwałym. Charakteryzuje się nadmiarem energii swobodnej w porównaniu ze stanem krystalicznym tej samej substancji. Warunkiem koniecznym powstania szkieł jest występowanie mieszanego charakteru wiązań. Na tej podstawie można podzielić szkła:

• szkła nieorganiczne o wiązaniach jonowo-atomowych np. szkła tlenkowe (kwarcowe, boranowe, fosforanowe), elementami budowy są jony

• szkła organiczne (polimery) o wiązaniach atomowych i ven der Waalsa (celofan, polistyren), elementami budowy są cząsteczki

• szkła metaliczne o wiązaniach metaliczno-atomowych, elementami budowy są zręby atomowe np. selen, arsen, antymon

Szkła wykazują addytywność właściwości związaną z wprowadzaniem do ich zastawów określonych składników. Znając skład tlenkowy szkieł można przewidywać ważne techniczne właściwości np. rozszerzalność cieplną, ciężar właściwy, moduł elastyczności.

5) Właściwości roztworów koloidalnych

- W roztworach koloidalnych liczność fazy rozpuszczonej jest znacznie mniejsza niż w roztworach rzeczywistych zawierających tę samą ilość substancji.

- Stężenia molowe roztworów koloidalnych są bardzo małe

- Właściwości takie jak: temperatura wrzenia, temperatura topnienia i prężność par rozpuszczalnika są zbliżone do wartości dla czystego rozpuszczalnika

- Pod wpływem pola elektrycznego cząstki koloidalne poruszają się względem nieruchomego ośrodka dyspersyjnego w kierunku jednej z elektrod - zjawisko elektroforezy

PODSTAWOWE SUROWCE CERAMIKI TRADYCYJNEJ I ICH ROLA W PROCESIE TECHNOLOGICZNYM - Surowce (naturalne surowce mineralne głownie krzemianowe) - a)Minerały ilaste , kaoliny, gliny- dostarczaj SiO₂ Al₂O₃ , wykazuja zmienna zdolność pochłaniania wody , z którą związana jest plastyczność. , zdolne do wymiany jonowej b) surowce schudzające (nie wiążące wody) piasek kwarcowy , skalenie- pełnią rolę topnika.

Podział tworzyw sztucznych ze względu na charakter odkształcenia przy obciążeniu, oraz działanie temperatury:

Ze względu na obciążenia:

- elastomery - w normalnej temperaturze mogą być poddawane dużym odkształceniom przekraczającym 100%, gdy sieła przestaje działać powracają do wymiarów pierwotnych.

- plastomery - w normalnej temp. pod obciążeniem ulegają niewielkim odkształceniom sprężystym, przy wzroście obciążenia odkształcenie plastyczne,a następnie zniszczenie.

Ze względu na zachowanie podczas ogrzewania:

- tworzywa termoplastyczne - mękną pod wpływem ciepła i twardnieją po ochłodzeniu. Proces mięknienia i twardnieniajest powtarzalny.

- tworzywa termoutwardzalne - podczas ogrzewania początkowo miękną, a następnie twardnieją nieodwracalnie. Do nich zalicza się też chemoutwardzalne - ulegają twardnieniu już w temp. pokojowej w wyniku działania utwardzaczy, katalizatorów.

PODSTAWOWE ETAPY TECHNOLOGII CERAMIKI:

1. przygotowanie surowców(otrzymanie proszków) - rozdrobnienie, ujednolicenie, przygotowanie mas do formowania 2.formowanie:-prasowanie(masy sypkie)-plastyczne(masy plastyczne)-odlewanie(zawiesiny lejne,gęstwy)3.suszenie4.wypalanie:-na biskwit-spiekanie końcowe5.obróbka spieków

Nowoczesne metody: Formowanie:-metoda zol-żel-kryst. Z fazy gazowej-plazmowe nanoszenie powłok-stereolitografia-osadzanie elektrolityczne Wypalanie:-atmosfera ochronna(H₂,N₂,inna)-pod ciśnieniem-metoda spalania w fazie stałej(SHS)

tworzywa silikonowe-

polimery o szkielecie nieorganicznym. Podstawowy łańcuch zbudowany z ułożonych przemiennie atomów tlenu i krzemu do którego są dołączone grupy organiczne, alifatyczne lub aromatyczne. Łańcuch krzemowo-tlenowy (silikonowy) jest bardzo trwały. Tworzywa silikonowe zbudowane z małych cząsteczek, zwłaszcza liniowych, mają konsystencję olejów lub past. Tworzywa silikonowe usieciowane są materiałami o charakterze żywic lub kauczuków. Główne zalety tworzyw silikonowych to:

• Odporność na działanie podwyższonej temperatury (nawet do 300˚C) bez wyraźnej zmiany właściwości

• Bardzo niska temp. Krzepnięcia

• Bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne w szerokim zakresie temperatury

• Duża odporność chemiczna np. na utlenianie

• Hydrofobowość (stosowane do produkcji impregnatów)

• Nietoksyczność i niepalność

W porównaniu z tworzywami fluorowymi tworzywa silikonowe są łatwiejsze w użyciu np. kauczuki silikonowe utwardzają się na zimno, często nawet tylko pod wpływem wilgoci powietrza, nie zmieniają konsystencji w szerokim zakresie temp. Odporność chemiczna tworzyw silikonowych jest mniejsza niż tworzyw fluorowych, wykazują też one znaczną przepuszczalność gazów i pary wodnej.

PODZIAŁ POLIMERÓW W ZALEŻNOŚCI OD:

-Przebiegu polireakcji: 1.substancje poliaddycyjne-makrocząsteczka powstaje w wyniku bezpośredniego łączenia monomerów (polimeryzacja addycyjna łańcuchowa: polietylen, polipropylen), łączeniu może towarzyszyć przegrupowanie atomów monomeru (np. wodoru, należą tu: poliuretany, żywice epoksydowe), produkt ma ten sam skład ale różni się od substratów budową. 2. substancje polikondsacyjne-otrzymanie w procesie łączenia monomerów z jednoczesnym wydzieleniem prostego związku chemicznego (np. H₂O,HCL,NH₃). Tworzywa fenolowe, silikony, aminoplasty, poliamidy, żywice poliestrowe.

Homopolimery-jeden rodzaj monomerów, Kopolimery-różne monomery

-Budowy: 1.liniowe2.rozgałęzione3.przestrzennie usieciowane

Termoplasty-polimery o strukturze liniowej lub rozgałęzionej Termo- lub chemoutwardzalne o strukturze usieciowanej.

PODZIAŁ ZWIĄZKÓW ORG.

Ogólnie: chemia org. to związki węgla z wodorem, tlenem, azotem oraz z niektórymi innymi pierwiastkami. Podstawowe zasady chemii org.: a)atomy C zawsze 4 wartościowe, b) atomy C mogą łączyć się trwale w proste lub rozgałęzione łańcuchy o dowolnej dł., tworzyć pierścienie i kombinacje pierścieni i łańcuchów. c) atomy C łączą się za pomocą wiązań pojedynczych, podwójnych i potrójnych. d) elektrony nie wiążące C-C wiążą inne pierwiastki, d) każdy związek ma charakterystyczna budowę określona przez liczbę i sposób wiązanych atomów.

PODZIAŁ: I WĘGLOWODORY: zbud z C i H występują w postaci łańcuchów lub cyklicznej.1Nasycone: a) Alkany - wiązania między C pojedyncze. Wzór C_nH_2n+2 (metan etan b) Cykloalkany - związki pierścieniowe wiązania pojedyncze (cyklopropan cyklobutan…). 2Nienasycone a) Alekny, dieny wiązanie C-C podwójne (w dienach dwa podwójne) wzór ogólny C_nH_2n (C_nH_2n-2 )(eten propen buten..) b) Alkiny - jedno wiązanie potrójne (C_nH_2n-2 ) np. etyn-(acetylen) pierwsze homologi są bezbarwnymi i wybuchowymi gazami o charakt. zapachu. Są bardzo reaktywne bo maja słabe wiązanie potrójne. Ulegają addycji. 3Węglowodory aromatyczne - związki cykliczne, sprężony układ wiązań podwójnych. Np. benzen - posiada układ 3 wiązań podwójnych. 4Fenole - posiadaj grupę OH (jedna lub kilka) związana z węglem zawartym w pierścieniu aromatycznym (benzenowym, naftalenowym) Wzór Ar-OH Fenole maja słabe właściwości kwasowe i słabo dysocjują. II ZWIAZKI Z GR. FUNKCYJNYMI - zawierające atomy innych pierwiastków. O,N,S itd. Grupy funkcyjne w pozostałych związkach org. determinują własności cząsteczki. (…Nazwy wzory ogólne ważniejszych związków str139 tabela )

RODZAJE WODY ZWIĄZANEJ W CIAŁACH STAŁYCH

1Woda krystalizacyjna (związana chem.) wydzielenie tej wody powoduje zniszczenie sieci krystalograficznej subst. Dzieli się na: a) koordynacyjna silnie związana z jonami [Al.(H₂O)₆]Cl₃ b) sieciowa zajmująca określone miejsca w sieci krystalicznej nie związana bezpośrednio z jonami np. BaCl₂*2H₂O, aluny . c) konstytucyjna występująca w strukturach krystalicznych w postaci grup hydroksylowych np. Ca(OH)₂ , Al(OH)₂, kaolinit. 2Woda związana fizykochemicznie (sorpcyjnie): a) międzypakietowa np. montmorylonity. b) śródwęzłowa np. zeolity, usuwanie tej wody nie niszczy struktury subst., w pewnym zakresie temp odbywa się w sposób odwracalny 3Woda związana fizycznie a) mikrokapilarna d<10^-7m, (temp zamarzania w mikro.kapil. ~-21) b) makrokapilarna d>10^-7 m , c) zwilżania. . Woda związana fizykochemicznie, na pow. Ciała stałego w cienkiej warstwie ma właściwości- gęstość 1,3 - 2,4 g/cm^3, przewodnictwo elektryczne ~0, stała dielektryczna ~2,2. (każda następna warstwa wody jest słabiej związana i jej właściwości zbliżają się do wody swobodnej.

Proces spiekania wyrobów ceramicznych -

Spiekanie to proces, dzięki któremu zbiór stykających się ze sobą drobnych ziarn wiąże się wzajemnie po podgrzaniu do odpowiedniej temperatury. Wiązaniu towarzyszy skurcz całego układu ziarn i przejście słabo związanego proszku w lity, mechanicznie wytrzymały polikrystaliczny materiał. Siłą napędową spiekania jest obniżenie potencjału termodynamicznego układu w wyniku zmniejszenia energii powierzchniowej.

podział kationów wchodzących w skład szkła:

kationy szkłotwórcze:wykazują: liczby koordynacyjne 3 lub 4 wobec anionu tlenowego (Si⁴⁺,B³⁺, P⁵⁺,Ge⁴⁺,As³⁺,As⁵⁺), wysokie potencjały jonowe(=wartościowość jenu/promień jonu [Å]), wysoką wartość siły wiązania kation - O^2-(w jednostach względnych). Siła wiązania = wartościowość jonu/liczba koordynacyjna.kationy modyfikujące: Na⁺, K⁺,Ca²⁺,Pb²⁺, Ba²⁺, niski potencjał jonowy, wysokie liczby koordynacji (np. Na⁺ LK=6; Ca²⁺ LK=8), niska wartość siły wiązania kation - O^2-( np. dla Na⁺ 1/6 w jednostkach względnych, Ca²⁺2/8=1/4 w jednostkach względnych). Kationy modyfikujące zmieniaja właściwości szkła: znacznie obniżają temp mięknięcia szkła, zmniejszają odporność chemiczną na działania korozyjne ( szczególnie Na⁺, K⁺), w większych ilościach powodują krystalizację szkła. Kationy pośrednie: Al³⁺, Zr⁴⁺, Be²⁺; kationy te, same z tlenem nie mogą utworzyć szkieł, ale mają możliwość wchodzenia w sieć szkła zastępując jony szkłotwórcze; Wykazują liczby koordynacyjne 3 lub 4 w stosunku do tlenu; ich potencjały jonowe mają wartości pośrednie między kationami szkłotwórczymi a modyfikującymi; jony te powodują na ogół wzrost temperatury mięknięcia szkieł, twardości szkieł i odporności chemicznej. Kationy krystalizujące- Ti⁴⁺, W⁶⁺, Mo⁶⁺ wykazują: duże wartości potencjałów jonowych, wysokie liczby koordynacyjne. Przy schładzaniu skupiają wokół siebie aniony, utrudniając tworzenie ciągłej więźby szkła.

6) Warunki pojawienia się barwy w szkłach

Szkło krzemionkowe jest bezbarwne i przeźroczyste, ponieważ zakres energii wzbronionej jest zbyt duży aby mogło być absorbowane światło widzialne. Wrażenie barwy występuje wówczas gdy materiał jest zdolny do selektywnej absorpcji fotonów określonej części widma światła widzialnego.

Ef = h * v, v = c/λ

Naturalna barwa materiału w świetle widzialnym jest mieszaniną barw odpowiadającą tym fotonom, które nie uległy absorpcji.

Tabela str. 133

Centra barwne tworzą energetyczne poziomy lokalne w obszarze wzbronionym. Centra barwne mogą być tworzone przez defekty punktowe.

Szczególną grupę centrów stanowią jony pierwiastków posiadające blisko położone orbitale s i d lub s i f nie całkowicie obsadzone elektronami:

- pierwiastki grup przejściowych: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni (elektrony walencyjne: s, d)

- pierwiastki ziem rzadkich (elektrony walencyjne s, f)

Na sposób absorpcji światła przez jony pierwiastków stanowiących centra barwne wpływa ich otoczenie (pole ligantów)

7) Ogólne właściwości tworzyw sztucznych

1. podział tworzyw sztucznych ze względu na charakter odkształcania się przy obciążaniu:

• elastomery - mogą być poddawane w normalnych temp. Odkształceniom przekraczającym 100%, gdy siła przestaje działać powracają do wymiarów pierwotnych. Mały moduł sprężystości, duża rozciągliwość.

• Plastomery - w normalnych temp. Pod obciążeniem ulęgają niewielkim odkształceniom sprężystym, przy wzroście obciążenia odkształcenie plastyczne, a następnie zniszczenie.

2. podział tworzyw ze względu na zachowanie podczas ogrzewania:

• termoplastyczne - miękną pod wpływem ciepła i twardnieją po ochłodzeniu. Proces mięknienia i utwardzenia jest powtarzalny. ( chlorek winylu, polistyren, poliolefiny i poliamidy)

• termoutwardzalne - podczas ogrzewania początkowo miękną, a następnie twardnieją nieodwracalnie. Mogą być kształtowane jednokrotnie (fenoplasty, aminoplasty, poliestry). Do tej grupy zalicza się też tworzywa chemoutwardzalne. Ulegają one utwardzeniu już w temp. pokojowej w wyniku działania utwardzaczy, katalizatorów. Wzrost temp. przyspiesza utwardzanie (żywice epoksydowe, poliestrowe)

3. podział tworzyw ze względu na właściwości użytkowe i zastosowanie

• konstrukcyjne

• adehazyjne

• powłokotwórcze

• włuknotwórcze

---