VZTAH STRUKTURY A VLASTNOSTI LÁTEK

Strukturální systém látek

Látka – je atomovým systémem v nejširším smyslu slova existujícím ve formě častých prvků

nebo sloučenin.

Materiál – považujeme látku, která je vyrobena k užití v konkrétní situaci. Má modifikované

vlastnosti.

Systémový přístup Systém je dán množinou prvků a jejich vzájemnou interferencí

Systém – uzavřený  - izolovaný - otevřený

Analýza – fenomenologický přístup – chování podle vnějších projevů. Změny pozorovatelné na venek. Bez zkoumání co se děje uvnitř. Př: Zvýšením napětí na izolantu dojde k jeho proražení, ale nevíme co se dělo uvnitř materiálu.

- strukturální přístup – zjišťuje k jakým změnám dochází v struktuře

systému.Bereme v úvahu i pohyb vnitřních částic.

ZÁKLADNÍ SYSTÉM LÁTEK

Atomové jádro z - atomové číslo(počet protonů)

A - hmotnostní číslo(počet nukleonů)

m – celková hmotnost jádra

m = Z.mp + (A – Z).mn p – proton

n – neutron

Náboj jádra q – elementární elektrický náboj

Obecné označení prvku

Elektronové hladiny: K,L,M,N,O,P,Q

Kvantová čísla: n – hlavní kvantové číslo m – orbitální magnetické číslo

l - orbitální kvantové číslo s – spinové magnetické číslo

Atom může absorbovat nebo vydávat jen určité kvanta energie. Energie, kterou je nutné vynaložit aby se elektron odtrhl od atomu nazýváme ionizační energií.

Iont je atom ochuzený či obohacený a elektrony.

Připojením elektronu k atomu vzniká afinita atomu tzn. energie.

Elektronegativita – schopnost podržet elektrony. Je afinita atomu v elektronové dvojici, která tvoří vazbu(kovalentní, iontovou)

Vazba – schopnost neutrálního atomu vázat elektronovou dvojici.

MOLEKULA

Je systém, který se skládá alespoň ze dvou atomů.

Molekula prvku obsahuje atomy stejné. Molekula sloučeniny obsahuje atomy různé.

Chemické vazby – v určité vzdálenosti jádra atomů dochází k interakci elektronů a tak ke vzniku chemické vazby.

Vazební síly – jsou v každém tomto systému. Pro porušení tohoto systému je potřeba vazebná energie.

Vazby Primární – kovalentní, iontová, kovová

Sekundární – Van der Waalsova, vodíková

Přechodná

PRIMÁRNÍ VAZBY

Kovalentní vazba (homopolární). Jedná se o vzájemné propojení elektronů v obalu. Jsou společné k oběma jádrům. Tyto atomy jsou se stejnou, nebo málo rozdílnou elektronegativitou a hodnota je vysoká.

Vyskytují se v organických sloučeninách, u anorganických látek v atomových krystalech Si,Ge

-směrová vazba – tz. je nejpevnější ve směru spojnice středů obou atomů.

Molekuly s kovalentní vazbou se vyskytují – polární – asymetrická struktura

nepolární – symetrická struktura

Iontová vazba (heteropolární) Je tvořena jádry různých prvků, není směrová. Vzniká mezi atomy se značným rozdílem valenčních elektronů. Otázka odevzdávání elektronů mezi dvěma prvky. Je typická pro atomy s hodně odlišnou elektronegativitou. Má elektrostatickou povahu.

Kovová - Má elektrostatický charakter. Vyskytuje se jen u pevného, kapalného skupenství. Kladné ionty a volné elektrony se pohybují v celém objemu látky. Podobná kovalentní vazbě, tvořená elektronovými dvojicemi. Mřížka tvořena uzly – kladné ionty mezi nimi volné elektrony vytvářejí elektronový plyn.

SEKUNDÁRNÍ VAZBY

Mají menší intenzitu než primární vazby.

Vodíková – Vyskytuje se ve sloučenínách kde se atom Vodíku váže na silně elektronegativní prvek (O, N, Halogeny).

Vodíková vazba

Van der Waalsova – Vzniká jako důsledek pohybu elektronu v atomovém obalu. Dojde ke změně těžiště záporného náboje obalu vzhledem ke kladnému jádru a vzniká dipól.

PŘECHODNÉ VAZBY

Kovalentní polární – přechod mezi iontovou a kovalentní

Silná (slabá) kovalentní vazba – přechod mezi kovalentní a kovovou vazbou.

KRYSTAICKÁ A NEKRISTALICKÁ STRUKTURA LÁTEK

Soudržnost atomů a molekul zajišťují vazby. V závislosti vzdálenosti molekul a atomů a jejich struktuře.

Krystalické - mají dalekosáhlé uspořádání

Nekrystalické (amorfní)

Podle druhu vazeb

Krystaly – atomové – vzájemná vazba stejných atomů. Mají pravidelnou orientaci atomu v

krystalu. Čím je větší energie(vazebná) v krystalu tím je tvrdší a vzrůstá teplota

tavení.

iontové – Vzniká při vazbě mezi prvky první a sedmé skupiny (slída, křemičitany)

kovové - Vzájemná vazba stejných atomů, nebo rozdílných atomů (slitiny). Pohybem volných elektronů vzniká elektrická vodivost.

Molekulové – Částice které tvoří krystal jsou celé molekuly. Síly jsou velmi slabé

(Van der Waalsovy síly). Vyskytují se v organických sloučeninách.

Krystalický stav látky má pravidelně uspořádané částice.

Reálný krystal bude mít určitý počet poruch v prostoru.

Amorfní stav – látka má nepravidelné uspořádání částic.

Technická amorfní látka – má některé části pravidelné

NEDOKONALOST KRYSTALŮ

Monokrystal – objem krystalu je tvořen jedním krystalem

Polykrystal – je tvořen z více krystalů (zrn)

Syntetické makromolekulární látky – částečně krystalická, struktura která obsahuje

pravidelné a nepravidelné uspořádání částic.

Sférolyty (forma, tvar) – kulovitě uspořádané krystalické oblasti které vyrůstají do prostoru

diagonálně. Velikost od 100um až po viditelné velikosti.

Krystalický podíl – dodává velkou mechanickou pevnost, velkou tvrdost, odolnost proti

rozpouštědlům a chemickým činidlům.

Amorfní část – dodává materiálu pružnost, houževnatost, ohebnost, odolnost proti nárazu ap.

Množství krystalické fáze se vyjadřuje objemovým podílem krystal fáze mluvíme o stupni krystality

Struktura orientovaná se vyskytuje u makromolekulárních látek s lineárními řetězci. Kdy se řetězce orientují v určitém směru a dosahujeme potom toho, že se materiál mechanicky zlepší ve směru orientace.

PORUCHY V MŘÍŘCE

Bodové poruchy – Jednoduché

Vakance Schottkyho porucha

Intersticiály Frenkelova porucha

Lineární poruchy

Dislokace Spirálová porucha

Hranová porucha

Rovinné

Mozaika Hranice zrn

Vakance (bodová porucha) Intersiciály

Vyskytují se částice

Chybějící částice v polohách mezi

v krystalové mřížce uzlovými body mřížky

Shottkyho porucha – Současný výskyt jedné   Frenkelova porucha – Současný výskyt

vakance na místě kladného iontu v

kladného a jedné intersticiální poloze

vakance na místě a kde dřív byl, vzniká

záporného iontu. vakance

Lineární poruchy – mají rozměr srovnatelný s řádem uzlů

Hranová porucha – je vložená polorovina mezi dvě rovnoběžné roviny uspořádání

Spirálová porucha – vytváří spirálovou plochu okolo tzv. dislokační přímky

Rovinné poruchy – Představují nahromadění dislokací případně nečistot.

FÁZOVÉ SLOŽENÍ A ROVNOVÁHA SOUSTAV

Fáze – Je určité uspořádání atomů, které může každá látka za určitých okolností vytvořit.

Je určena z hlediska fyzikálního a chemického a má tyto vlastnosti stejné.

Je určena vazebnými silami a tepelným pohybem.

Výzkum se provádí makroskopickými technikami na změnách teploty, tlaku…

Soustava – Jednosložková  podle

Vícesložková počtu

Homogenní – tvořena jednou fází

Heterogenní – tvořena více fázemi

Změnou vnějších podmínek můžeme dosáhnout fázové přeměny (transformacím). Změní se fyzikální, mechanické, technologické vlastnosti. Cílem je snaha získat stav s minimální hodnotou entalpie.

Entalpie – určitý stav látky (stavová veličina) která je určená vnitřní energií, tlakem a

objemem soustavy

Jedna z těchto přeměn je krystalizace jejímž produktem je krystalická fáze.

Přeměny v tuhém skupenství jsou založené na přeměně uspořádaného tuhého roztoku v neuspořádaný a změně rozpustnosti tuh. na změně teploty.

Dělení podle rychlosti přeměny:

Difuzní – dochází k postupné přeměny fáze

Bezdifuzní – jedná se o náhlou strukturovou změnu, která je způsobená koordinovaným

pohybem velkého počtu atomu.

TECNOLOGIE ZALOŽENÁ NA ZMĚNÁCH A ROVNOVÁZE FÁZE

Výroba kovových skel – Proces založen na rychlém ochlazení tavenin slitin. Kdy nejvhodnější jsou kovy Niklu, Paladia, Platiny, Kobaltu, Teluru, Manganu, Lamtanu, Zirkonu – kapalná fáze velice stabilní.

Schopnost tvořit sklo je tím větší, čím větší je počet složek.

Potřebná ochlazovací rychlost je

Tepelné zpracování – Cílem je získávání materiálů s určitými fyzikálními a mechanickými vlastnostmi

Žíhání Vytvrzování Kalení Popouštění a zušlechťování

Chemicko-tepelné zpracování

Prášková metalurgie a výroba spékaných materiálů

Výroba prášků, následné zpracování lisem

Prášková metalurgie kovů a ocelí, vysokotavitelných kovů, spékaných karbidů,

kovokeramických materiálů

Pseudoslitina – výsledkem práškové metalurgie – spékání směsi dvou prášků kovů, které jsou

v tekutém stavu nerozpustné.