IMG
4 015 (2)

14 1. Siły mifdzyatomonc

odbywa się w stałej temperaturze albo w wyraźnie zaznaczonym zakresie temperatu. ry (rys. 1.2, linie 1 + 3), co jest wynikiem działania w zasadzie jednego rodzaj! wiązania o określonej energii. Istotną cechą tej zmiany jest efekt cieplny (ciepło i utajone przemiany) oraz obecność przez cały czas jej trwania dwóch faz: stałcg i ciekłej. Zmianie stanu skupienia towarzyszy skokowa zmiana właściwości fizycz. \ nych (rys. 1.3, linia f).

14 1. Siły mifdzyatomonc

i

I - metal, 2,3- stopy, 4 - materiał amorficz-

CtOt T

Rys. 1.2. Krzywe krzepnięcia

T„ temperaturo T

liczny

Glównym typom wiązań odpowiadają typy struktur krystalicznych.

W kryształach jonowych sieć przestrzenna obsadzona jest jonami dodatnimi i ujemnymi — każdy rodzaj jonów zajmuje właściwe sobie pozycje. Toteż sieć jonową można traktować jako złożoną z dwóch podsieci: kationowej i anionowej.

Wobec średnich wartości energii wiązania (tabl. 1.1) kryształy jonowe odznaczają się przeciętną trwałością, nie wykazującą dużego rozrzutu. Mianowicie, mają średnie temperatury topnienia, niezbyt dużą wytrzymałość i twardość, małą ściśliwość oraz dobrą rozpuszczalność w rozpuszczalnikach (w rozpuszczalniku, np. w wodzie, rozpadają się na jony) i podatność do dysocjacji elektrolitycznej. Są przezroczyste lub półprzezroczyste, często o różnym zabarwieniu. W stanie stałym nie przewodzą lub słabo przewodzą prąd elektryczny, natomiast w stanie stopionym oraz w postaci roztworów wykazują jonowe przewodnictwo elektryczne.

Sieć przestrzenna w kryształach atomowych obsadzona jest atomami. Duże] wartości energii wiązania (tabl. 1.1) zapewniają szczególną trwałość kryształów, na] ogół wysokie temperatury topnienia, bardzo małą ściśliwość, dużą twardość, ale podlegającą znacznym wahaniom, oraz praktycznie brak rozpuszczalności w rozpuszczalnikach. Są bezbarwne, niekiedy przezroczyste (diament) i nie przewodzą prądu elektrycznego (również w stanie stopionym) albo w niskich temperaturach przewodzą prąd jako półprzewodniki (krzem, german). Kryształy atomowe nie podlegają dysocjacji elektrolitycznej.

Sieć przestrzenna kryształów metalicznych obsadzona jest rdzeniami atomowymi, między którymi poruszają się elektrony swobodne. Wobec dużego przedziału wartości energii wiązania (tabl. 1.1) trwałość kryształów metalicznych jest zróżnicol

wana. Temperatura topnienia waha się od 3380°C(W) do - 38,87°C (Hg). Analogicznym wahaniom podlega wytrzymałość i twardość. Charakterystyczną cechą kryształów metalicznych jest plastyczność oraz nieprzezroczystość i połysk. Dobrze przewodzą prąd elektryczny dzięki elektronowemu charakterowi przewodnictwa. Odznaczają się ujemnym współczynnikiem temperaturowym przewodności elektrycznej, która to cecha stanowi charakterystyczny wyróżnik stanu metalicznego. Nie podlegają dysocjacji elektrolitycznej i są bardzo trudno rozpuszczalne.

W kryształach cząsteczkowych sieć przestrzenna obsadzona jest cząsteczkami chemicznymi. Kryształy związków organicznych o wieloatomowych cząsteczkach skutkiem małej wartości energii wiązania odznaczają się małą trwałością. Mają niską temperaturę topnienia, małą twardość i wytrzymałość, a dużą ściśliwość. Są nieprzezroczyste, często zabarwione i nie przewodzą prądu elektrycznego.

Odstępstwa poszczególnych typów kryształów od wymienionych cech są spowodowane przeważnie współdziałaniem drugiego, odmiennego typu wiązania.

Ogólną cechą materiałów amorficznych jest statystycznie nie uporządkowany, pozbawiony symetrii, bezładny rozkład w przestrzeni cząstek materii (atomów, jonów, cząsteczek). Zmiana stanu skupienia ciało stałe ściecz odbywa się bez wyraźnie zaznaczonego zakresu temperaturowego (rys. 1.2, linia 4), co jest wynikiem działania różnych rodzajów wiązań o różnych energiach. W czasie tej zmiany nie obserwuje się wyraźnego efektu cieplnego (ciepła przemiany), a przez cały jej czas widoczna jest jedna faza, subiektywnie traktowana jako .jeszcze stała" albo już ciekła”. Ocena zależy od tego, czy obserwowane właściwości fazy lepiej odpowiadają naszym wyobrażeniom o stanie stałym, czy ciekłym. Zmianie stanu skupienia towarzyszy ciągła zmiana właściwości fizycznych (rys. 1.3, linia 2).

1.3. ELEMENTY TEORII PASMOWEJ METALI

Teoria wiązań umożliwia ogólną klasyfikację materiałów na podstawie typowych właściwości danej grupy. Konkretniejszą klasyfikację, wprawdzie tylko materiałów metalicznych, opartą na właściwościach fizycznych umożliwia teoria pasmowa metali.

Podstawy teorii są następujące. Jak wiadomo, przeskokom elektronów w atomie na niższe poziomy energetyczne (położone bliżej jądra) towarzyszy emisja promieniowania rentgenowskiego. Przeskoki elektronów z poziomów wyższych na niższe o ściśle określonych energiach zapewniają ostre linie widma, emitowane np. przez pierwiastki w stanie gazowym. Przeskoki elektronów z pewnego pasma energii dają linie widma szerokie i rozmyte, emitowane np. przez pierwiastki w stanie stałym. Wzajemne zbliżanie się atomów powoduje rozszczepianie się ich poziomów energetycznych odwrotnie proporcjonalne do odległości międzyatomowych.

W krysztale pierwiastka chemicznego złożonego z n atomów, zgodnie z zakazem Pauliego, każdy z nich ma dwa możliwe stany w podpoziomie s; ogólna liczba