1. Типы межатомных связей. Влияние на свойства материалов.

Существует 4 вида связей:

1. Ионная

2. Ковалентная

3. Металлическая

4. Силы Ван – дер – Вальса

Ионная связь – присуща химическим соединениям, образованная элементами с резко различающейся валентностью. Так металлы, имея 1, 2 электрона на внешней орбите, которые не прочно связаны с ядром. Вступая в реакцию с неметаллами, металлы отдают электроны и превращаются в ионы. Неметаллы принимают эти электроны, превращаясь в отрицательные ионы => ионная связь обеспечивает электра – статическое притяжение.

Na +Cl2 => NaCl

-1 +7 + -

Ионная связь жесткая и направленная => все химические соединения прочные, твердые, но очень хрупкие (низкая пластичность). Ионная связь характерна для окислов различных элементов.

Ковалентная связь – Устанавливается в результате образования устойчивых соединений путем обобществления электронов группой атомов. Обобществление электронов зависит от валентности элемента и определяется по следующей зависимости: A = 8 – N, где А – число атомов обобществляющих электрон, 8 – устойчивая электронная конфигурация, N – валентность элемента.

Ковалентная связь возникает между атомами соседей, которые обобществляют один из электронов соседа. Ковалентная связь характерна для кристаллических тел. Пример – алмаз- кристаллическая модификация углерода с ковалентной связью. Образование алмаза возникает при обобществлении по одному электрону четырех атомов. Ковалентная связь – жесткая, направленная => прочная. Она характерна для пластмасс.

Металлическая связь

Все металлы – кристаллические вещества. Атомы имеют упорядоченное расположение и образуют кристаллическую решетку. Атомы удерживаются в ней за счет металлической связи. Металлическая связь обусловлена строением атома, на внешней орбите у металла 1-2 электрона, они слабо связаны с ядром. Для металла характерны кристаллические решетки с плотным расположением атомов => внешние оболочки соприкасаются и пересекаются. Все валентные электроны обобществляются (общие в пределах твердого тела) и образуют электронный газ. Возникают пары атомов превращающихся в разнозаряженных атомов, которые связаны силами электростатического напряжения. Металлическая связь – гибкая, нежесткая. Свойства металлов: высокая прочность, пластичность, электропроводность, теплопроводность.

Металлическая связь характерна всем металлам и их сплавам => Металлы широко применяются в производстве. В металлах можно повысить прочность:

1. Изменением химического состава

2. Изменением строением металла в результате термической обработки

Связь Ван – дер – Вальса

Силы Ван-дер-Вльса они основаны на том, что все атомы являются диполем-это связано с тем

Она основана на том, что все атомы являются диполями. Это связано с тем, что при сближении атомов происходит поляризация, что приводит к появлению сил притяжения. Диполи возникают при смещении центров отр. Заряженных электронов относительно центров положительно заряженных электронов. Сила ВДВ направленная.

Связь слабая и незаметна, она присутствует в полимерах.

2. Кристаллические и аморфные материалы. Кристаллическое строение. Основные типы кристаллических решеток.

Твердые вещества существуют в двух состояниях:

Аморфное – Атомы располагаются хаотично

Кристаллическое – Атомы располагаются упорядоченно

Правильно расположенные атомы образуют кристаллическую решетку.

Существует 11 типов кристаллических решеток. Для металлов характерны те которые обеспечивают плотное расположение атомов.

Кристаллическая решетка - Упорядоченное расположение атомов в пространстве, в ко­тором каждый атом имеет одинаковое число соседних атомов, уда­ленных друг от друга на периодически повторяющихся расстояниях.

Основные типы кристаллических решеток метал­лов.

Для металлов наиболее характерны следующие четыре типа кристаллических решеток:

а)кубическая объемно-центрированная решетка, ее символ- [•]

А- параметр решетки

Атомная плотность 2 атома

8*1/8+1=2

б)Кубическая гранецентрированная решетка, ее символ -

в) Тетрагональная решетка, ее символ -

Параметр А

Атомная плотность 8*1/8+6=7

Параметр – C,A

Степень тетрагональности –C/A

C не =0, С/A>0

г)Гексагональная решетка, ее символ

Параметр – C,A

С/A=1.633

Ячейка этой решетки - прямая призма, в основании которой находится правильный шестиугольник.

Три атома находятся внутри ячейки по высоте на половине параметра "с "

3. Анизотропия кристаллов и изотропия кристаллических тел.

Анизотропия – различие свойств по различным направлениям (по разным направлениям в одной плоскости решетки или по разным направлениям кристаллографическим плоскостям). Она характерна для только для кристаллических тел и связана с правильным распространением атомов в пространстве. =>плотность упаковки различна =>свойства различны.

Изотропия - одинаковость свойств по всем направлениям , присуща аморфным веществам.

В них атомы располагаются хаотично.

4. Идеальное строение металла. Отклонения в строении реальных металлов и влияние на их свойства.

Реальное строение кристаллов.

Неоднородный химический состав и внешние условия вызывают дефекты кристаллической решетки. Выделяют дефекты трех типов:

1. точечные (вакансии, внедренные атомы);

2. линейные (краевые и винтовые дислокации);

3. объемные (микропоры, трещины, газовые пузырьки).

Точечные дефекты:

Вакансия – отсутствие атома в узле кристаллической решетки.

Внедренные атомы: а) чужеродный атом в узле кристаллической решетки; б) атом вне узла, в межузельном пространстве.

Линейные дефекты:

Дислокации: краевые – оборванный край атомной плоскости внутри кристаллической решетки; винтовые – условная ось внутри кристалл, относительно которой закручиваются атомные плоскости в процессе кристаллизации.

Объемные дефекты:

Возникают из-за влияния внешних условий кристаллизации или под действием внешних нагрузок. В результате несколько вакансий дают пору; несколько линейных дислокаций – трещину.

Влияние дислокаций на процесс деформирования кристалла.

Наличие дислокаций значительно облегчают движение атомных плоскостей друг относительно друга и способствует уменьшению предела прочности. В результате деформирования дислокации могут выходить за грани кристалла. Под действием значительных усилий в кристалле могут возникать новые дислокации, облегчающие деформирование кристалла (площадка текучести). Дислокации переплетаются.

Если дислокаций нет, то требуется значительное усилие, чтобы деформировать материал. Чем больше дислокаций, тем меньше усилие необходимое для деформации образца. Начиная с некоторой концентрации дислокаций, деформация затрудняется, дислокации мешают движению друг друга. Возникает эффект упрочнения. Структура, возникающая при большом количестве мешающих друг другу дислокаций.

n – Плотность дислокаций;

Реальные кристаллы имеют много дефектов, от которых зависят свойства материала.