Связь состава, структуры и свойств

Рассматривая последовательно цепочку «состав - химические связи -структура - свойства», следует выделить следующие основные моменты:

1. Состав — это качественная и количественная характеристика веществ, составляющих сырьевые материалы или готовьте изделия. Состав яв­ляется химической и энергетической основой вещества или материала. Он определяет химический потенциал системы, ее энергетическое состояние, термодинамику ее состояния или перехода, а, следовательно, тип и энергию химиче­ской связи.

Состав - это первое, основополагающее звено в цепочке вышеуказанной взаимосвязи, которое играет главенствующую роль в создании требуемой структуры материала и определяет основные параметры технологии его полу­чения.

2. Химические связи - это результат взаимодействия атомов, ионов, мо­лекул, обусловливающий их устойчивое состояние в виде различных веществ и материалов.

_i Тип химической связи, определяет: характер и устойчивость кон­денсированной системы, предопределяет механические, физические, химиче­ские свойства материала, такие, как прочность, растворимость, реакционная

способность, теплопроводность, температура плавления и др., а также устойчи­вость кристаллической или аморфной структуры.

Современное материаловедение, в том числе строительное ма­териаловедение, рассматривает взаимосвязь «химические связи - свойства» в аспекте повышения качества материалов. Все свойства строительных материалов, их поведение в период эксплуатации, устойчивость, инертность или под­верженность взаимодействию со средой, приводящая к коррозионным процес­сам, связаны с особенностями электронного строения атома, характером связи с другим атомом. Зная особенности электронно-атомного строения вещества, можно изменять и совершенствовать химическую связь, изменяя, совершенст­вуя структуру и свойства материалов.

Структура-- совокупность устойчивых связей, обеспечивающих со­единению (материалу) единое целое.

Структуру тела (материала) можно классифицировать по двум основным признакам: по процессу формирования и по определенному состоянию.

По первому признаку структура подразделяется на коагуляционную, кон­денсационную и кристаллизационную, а по второму - на кристаллическую (ус­тойчивую), аморфную (неустойчивую) и аморфно-кристаллическую (слож­ную).

Большинство гидратационных материалов образует кристаллическую, структуру, большинство обжиговых материалов - аморфно-кристаллическую или стеклокристаллическую, а большинство плавленых - аморфную или стек­лообразную структуру.

Стеклокристаллическая структура подразделяется на два вида:

- образующаяся из кристаллической структуры по разрушительному про­цессу (традиционная керамика);

- образующаяся из стеклообразной структуры по созидательному процессу (ситаллы). Тип и характер структуры определяют весь комплекс свойств строитель­ных материалов.

4. Свойство - особенность вещества или материала, проявляющаяся при взаимодействии с окружающей средой или другим веществом (материалом).

Любой материал с определенным внутренним строением, микро- и макроструктурой и свойствами можно представить в виде системы (наподобие термодинамической), элементы которой взаимосвязаны и роль каждого элемен­та строго определена.

В данном случае координатами такой системы могут быть: масса, определяющая химические поля взаимодействия, а, следовательно, химические свойства; объем, определяющий поля напряжения, а, следовательно, механические свойства; температура, определяющая тепловые поля, а, следовательно, термические свойства материала.

Свойства материала взаимосвязаны и выполняют роль индикаторов, ко­торые в любой период его существования характеризуют то или иное состояние системы, т.е., по аналогии с термодинамической системой, являются основными параметрами материала как системы.

Взаимосвязь свойств наглядно прослеживается при рассмотрении теплофизических и деформативных свойств материала.

Свойство - это качественная, отличительная характеристика вещества, материала или изделия. В материаловедении эта характеристика является заключительным звеном в цепи «состав - химическая связь - структура - свойст­во», а при разработке технологии и создания нового материала - основным, оп­ределяющим параметром или условием его получения.