MATERIA, ATOMY I INNE PIERDOŁY

MATERIA- W fizyce klasycznej materia to wszystko co posiada masę i zajmuje określoną przestrzeń.

ATOM- najmniejszy, niepodzielny metodami chemicznymi składnik materii. Atomy składają się z jądra i otaczających to jądro elektronów. W jądrze znajdują się z kolei protony i neutrony.

Proton to cząstka występująca w jądrach atomowych. Przyjmuje się, że proton posiada elementarny, dodatni ładunek elektryczny i masę atomową równą 1

Neutron to cząstka subatomowa występująca w jądrach atomowych. Jest obojętny elektrycznie.

Elektron- trwała cząstka elementarna (lepton) będąca jednym z elementów atomu.(ujemny ładunek elektryczny elementarny)

Izotopy atomy tego samego pierwiastka różniące się między sobą liczbą neutronów w jądrze.

Pierwiastek chemiczny - substancja prosta, której nie da się metodami chemicznymi rozdzielić na składniki. Pierwiastek często jest definiowany jako zbiór rdzeni atomowych. (w skrócie : zbiór takich samych atomów)

Liczba masowa (A) liczba nukleonów (czyli protonów i neutronów) w jądrze atomowym danego pierwiastka.

Liczba atomowa ( Z ) liczba protonów w jądrze atomowym. Jest także równa liczbie elektronów wolnego atomu.

Masa atomowa- masa atomu wyrażona w atomowych jednostkach masy "u"

ROZTWORY, STOPY, RĘCE, FAZY, ZAJAWKI

ROZTWÓR- mieszanina jednorodna rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej (woda i sól)

Roztwór stały- sieć obsadzona co najmniej dwoma rodzajami atomów (stały roztwór jednej lub więcej

substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku.)

Roztwór podstawowy- rozpuszczalnik jest pierwiastkiem, składnikiem stopu

Roztwór międzywęzłowy- atomy o małych promieniach rozpuszczone w lukach międzywęzłowych w strukturze o dużej stałej sieciowej

STOP-połączenie dwóch lub więcej pierwiastków, są po to aby polepszyć właściwości metali, stopów jest ok 100 tyś., (pierwiastków metalicznych mamy 80 stosuje się ok 20-30)

Stopy uzyskuje się przez stopienie składników a następnie schłodzenie. Stop najczęściej posiada odmienne właściwości od jego elementów składowych, w niektórych przypadkach nawet niewielkie dodatki wpływają znacznie na właściwości stopu.

FAZA- część układu o stałym składzie , strukturze i właściwościach z granicami rozdziału. (inaczej: fizycznie i chemicznie jednolita część układu , oddzielona od poostałych wyraźnymi granicami.)

fazy stopowe- pierwiastki (składniki stopu A,B itp), roztwory stałe.

WIĄZANIA, ZWIĄZANA=ZADOWOLONA

WIĄZANIA MIĘDZYATOMOWE

Pierwiastki mogą występować w trzech stanach skupienia : * gazowym *ciekłym * stałym. Stan skupienia zależy od odległości pomiędzy poszczególnymi atomami. W gazach są to duże odległości, a w cieczach i ciałach stałych są one bardzo małe. Dlatego stan ciekły i stały nazywamy stanami skondensowanymi. Stan skupienia zależy także od temperatury i ciśnienia.:

WIĄZANIE JONOWE - (heteropolarne) zachodzi na skutek przyłączenia elektronów walencyjnych jednego atomu przez drugi. Utworzona w ten sposób cząsteczka dwuatomowa uzyskuje w zewnętrznej powłoce elektronowej trwałą konfigurację 8-elektronową, zbliżoną do budowy gazu szlachetnego. Cząsteczka taka jest w sumie elektrycznie obojętna, lecz w kationie ma skupiony ładunek dodatni zaś w anionie - ujemny, a więc ma dwa różnoimienne bieguny elektryczne, dzięki którym może oddziaływać na otoczenie. Cząsteczki o budowie biegunowej nazywają się dipolami. Substancje o wiązaniu jonowym są przeźroczyste, często o różnym zabarwieniu, słabo przewodzą prąd i nie są podatne do odkształceń plastycznych.

(Wiązanie jonowe jest to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą tego wiązania jest elektrostatyczne oddziaływanie między jonami o różnoimiennych ładunkach.

Wiązanie to powstaje między atomami o dużej różnicy elektroujemności.)

WIĄZANIE SIŁAMI VAN DER WAALSA - (wiązanie międzycząsteczkowe) odbywa się za pomocą sił przyciągających atomy gazów szlachetnych i rzeczywistych. W danej chwili atom gazu szlachetnego może mieć po jednej stronie powłoki elektronowej nadmiar, zaś po stronie przeciwnej niedobór elektronów, a więc staje się w tym momencie chwilowym dipolem. Ruch elektronów w jednym atomie oddziałuje także na ruch i rozmieszczenie elektronów w zewnętrznej powłoce elektronowej drugiego atomu, w skutek czego oba atomy indukują się elektrycznie i tworzą tzw. dipol indukowany. Siły oddziaływujące między tymi otoczeniami decydują o wiązaniu międzycząsteczkowym, które jest na ogół słabsze od innych rodzajów wiązań. Substancje o wiązaniu silami van der Waalsa to przede wszystkim skroplone gazy szlachetne i zestalone dwuatomowe cząsteczki H, N, O a także chlorowców. Siły te wiążą także łańcuchy lub pierścienie w kryształach S, Se, Te, a także kryształy niepolarne. Kryształy molekularne o wiązaniu międzycząsteczkowym są przeźroczyste, często zabarwione i nie przewodzą prądu elektrycznego.

WIĄZANIE METALICZNE - jego istotą jest gaz elektronowy, utworzony w skutek oderwania się od atomów metali części lub wszystkich elektronów walencyjnych. Oderwane elektrony swobodne w postaci gazu elektronowego stanowią własność wszystkich atomów i poruszają się w całej objętości metalu. Atomy po utracie elektronów walencyjnych stają się jonami dodatnimi - rdzeniami atomowymi. Wykazują one w stanie stałym prawidłową budowę krystaliczną, zajmując pozycje węzłowe w sieci przestrzennej metalu. Wokół rdzeni atomowych krąży gaz elektronowy o ujemnym ładunku elektrycznym, który w wyniku elektrostatycznego oddziaływania z dodatnio naładowanymi jonami rdzeni atomowych stanowi o wiązaniu pom. atomami metali. Możliwość swobodnego przemieszczania się elektronów od jednego atomu do drugiego wynika z bezpośredniego sąsiedztwa rdzeni atomowych w strukturze krystalicznej, stykających się z sobą zewnętrznymi powłokami elektronowymi. Wiązanie metaliczne nie wykazuje charakteru kierunkowego i tym różni się od innych wiązań. (w skrócie: atomy metalu umieszczone w przestrzeni z gazu elektronowego)

WIĄZANIE KOWALENCYJNE - (atomowe, homeopolarne) - występuje najczęściej w gazach. Więź pomiędzy jednakowymi atomami polega na utworzeniu z dwóch elektronów walencyjnych (należących pierwotnie każdy do innego atomu) pary elektronów stanowiącej własność obu atomów. Maksymalna liczba takich wiązań możliwych do utworzenia przez określony atom zależy od liczby jego niesprawnych elektronów. Liczba ta określona jest regułą „8-N”, gdzie N-numer grupy układu okresowego pierwiastków, do której należy dany atom. Nieraz wiązanie atomowe zachodzi w wyniku hybrydyzacji struktury elektronowej atomu, polegającej na przejściu elektronu ze stanu bliższego jądra na bardziej od niego oddalony. Związki o wiązaniu atomowym nie przewodzą prądu elektrycznego. Cząsteczki utworzone z jednakowych atomów nie są także dipolami. Gdy występuje biegunowość cząsteczki to wiązanie takie nazywa się atomowym spolaryzowanym. Substancje o czystym wiązaniu atomowym charakteryzuje diament, który jest bezbarwny, przeźroczysty, bardzo twardy i nie przewodzi prądu. Jednak należą tu także Si, Ge, Sn-szara, które są nieprzeźroczyste, szare i mają właściwości cechujące półprzewodniki.

Wiązanie kowalencyjne to rodzaj wiązania chemicznego. Istotą wiązania kowalencyjnego jest istnienie pary elektronów, które są współdzielone w porównywalnym stopniu przez oba atomy tworzące to wiązanie. (w skrócie: uwspólnienie elektrona)

WIĄZANIE ELEKTROSTATYCZNE- przyciąganie się ładunków dodatnich i ujemnych (anionów i kationów)

-----------------------------------

KRYSTALIZACJA, WLEWKA, POLEWKA

Krystalizacja to proces powstawania fazy krystalicznej z fazy ciekłej, roztworu lub fazy gazowej.

Defekty
- Punktowe(wakanse,obcy atom w pozycji węzłowej, obcy at. W pozycji międzywęzł.)
- Liniowe(dyslokacja liniowa, dyslokacja śróbowa i mieszana)
- Granic ziarna

Ziarno - jednorodny fazowo obszar w polikrysztale

Alotropia - zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tego samego pierwiastka chemicznego.

Stała sieci krystalicznej - odległość między środkami sąsiednich komórek elementarnych w krysztale.

Elementarne komórki sieciowe: sąto najmniejsze wycinki sieci przestrzennej kryształów mających taką samą budowę jak cały kryształ.

WLEWEK STALOWY:

• sfera kryształów zamrożonych (1), drobnoziarnista

• sfera kryształów słupkowych (2), jest to sfera gruboziarnista,

• sfera kryształów wolnych (dendrytów równoosiowych) (3), przypadkowa orientacja bogata w zanieczyszczenia

segregacja strefowa- jest to nierównomierny rozkład w obrębie wlewka

segregacja dendrytyczna- nierównomierny rozkład w obębie ziarna

Dendryt, kryształ dendrytyczny - agregat drobnych kryształów, kształtem przypominający rozgałęzione drzewo

UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE

Układ krystalograficzny - to system klasyfikacji kryształów ze względu na układ wewnętrzny cząsteczek w sieci krystalicznej

Układ regularny (sześcienny) - układ krystalograficzny, w którym wszystkie trzy osie mają jednakową długość i są w stosunku do siebie prostopadłe

układ regularny układ regularny przestrzennie układ (sieć) regularny

centrowany A2 płaskocentrowany A1

w układzie A1 jest więcej luk i zmieści się tam więcej atomów węgla niż w A2

a = a = a
α = β = γ = 90°
Zaliczają się do niego m. in. piryt, diament, granat, fluoryt, halit, złoto rodzime, srebro rodzime, platyna rodzima, galena.

Układ tetragonalny

a = b ≠ c
α = β = γ = 90°
Zaliczają się do niego m .in. autunit, wezuwian, rutyl, cyrkon, chalkopiryt, kasyteryt, apofyllit, wulfenit, novacekit.

Układ trygonalny
a = b = c
α = β = γ ≠ 90°
Minerały, których kryształy krystalizują się w układzie trygonalnym są m. in. kwarc, cynober, turmalin, syderyt, magnezyt, korund, hematyt.

• Układ heksagonalny

a = b ≠ c
α = β = 90°, γ = 120°
Zaliczają się do niego m .in. beryl, grafit, apatyt, wanadynit, kowelin.

• Układ rombowy

a ≠ b ≠ c
α = β = γ = 90°
Zaliczają się do niego m .in. zoisyt, adamit, oliwin, goethyt, celestyn, aragonit.

• Układ jednoskośny

a ≠ b ≠ c
α = γ = 90°, β ≠ 90°
Zaliczają się do niego m .in. talk, calaveryt, sylvanit, malachit, erytryn, jadeit, gips.

• Układ trójskośny
  
  
  a ≠ b ≠ c
  α ≠ β ≠ γ ≠ 90°
  Zaliczają się do niego m. in. rodonit, chalkantyt, chalkosyderyt, cyanit.

ŻELAZO!!! 2,5zł/kg

ŻELAZO!!!!

Żelazo jest pierwiastkiem metalicznym o temperaturze topnienia 1534°C i temperaturze

wrzenia 3070°C. W przyrodzie występuje głównie w postaci tlenków, węglanów,

wodorotlenków i siarczków, jako magnetyt (Fe3O4), hematyt (Fe2O3), syderyt (FeCO3,),

limonit (2Fe2O3*3H2O) i piryt (FeS2).

Żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych: α i γ.

Żelazo α, termodynamicznie trwale od niskich temperatur do temperatury 910°C oraz od

temperatury 1390 do 1534°C, ma strukturę krystaliczną o sieci regularnej przestrzennie

centrowanej.

Żelazo γ, termodynamicznie trwałe w temperaturach 910 do 1390°C, ma strukturę krystaliczną

o sieci regularnej ściennie centrowanej.

STAL- stop żelaza z węglem o zawartości ok. 2% węgla, który otrzymany w procesie stalowniczym został poddany przeróbce plastycznej.

SKŁADNIKI FAZOWE STALI: (TO BĘDZIE NA PEWNO !!!! )

FERRYT- FeαC jest międzywęzłowym roztworem stałym węgla w żelazie α, zawierający niewielkie ilości, mniejsze niż 0,025%, węgla. stabilny do temperatury do temp. 770 °C, jest materiałem miękkim i ciągliwym, mniej wytrzymały, twardy i plastyczny niż austenit. Podobnie jak żelazo α, ferryt jest ferromagnetyczny do temperatury 768°C.

Twardość: 80 HB

Wytrzymałość materiałów: Rm=300MPa

Wydłużenie (wytężenie) - A10 = ok. 40%

AUSTENIT- FeγC,. jest międzywęzłowym roztworem węgla w żelazie γ Graniczna zawartość węgla w austenicie w temperaturze 1147°C wynosi 2,06%. Podobnie jak żelazo γ, austenit jest paramagnetyczny. Odznacza się przy tym dużą plastycznością, zwłaszcza przy niższej zawartości węgla.

Twardość: 200 HB

Wytrzymałość materiałów: Rm=750MPa

Wydłużenie (Wytężenie) - A10 = ok.50%

CEMENTYT- Fe3C czyli węglik żelaza jest fazą międzymetaliczną o złożonej strukturze, krystalizującą

w układzie rombowym. Stosunek liczby atomów żelaza do atomów węgla wynosi 3:1 (Fe3C), co

odpowiada wagowej zawartości węgla 6,67%. W temperaturze do 210°C cementyt jest

ferromagnetyczny, powyżej tej temperatury — paramagnetyczny. Jest on fazą bardzo twardą (HB ok. 800) i bardzo kruchą.

PERLIT jest eutektoidalną mieszaniną dwóch faz: ferrytu i cementytu, zawierającą 0,8% węgla i

tworzącą się w temperaturze 723°C zgodnie z przemianą: γS → αP + Fe3C. Perlit ma budowę ziarnistą gdyż składa się z płytek ferrytu i cementytu ułożonych na przemian.

Własności mechaniczne perlitu wynoszą w przybliżeniu:

HB = 220 ÷ 260,

Rm =700 ÷ 800

MPa, A10 ~ 7%

Ledeburyt - mieszanina eutektyczna austenitu z cementytem, zawierająca 4,3% węgla.

SCHEMAT UKŁADU RÓWNOWAGI FAZ: nie jestem pewien czy to o to chodzi ani czy to dobrze jest

Pozdro... Miłej nauki

Marcin

2

---