1.Czym zajmuje się materiałoznawstwo? Materiałoznawstwo, nauka o materiałach (budowie, właściwościach i metodach badań). Inżynieria materiałowa, nauka o kształtowaniu właściwości materiałów przez zmianę struktury. Materiałami w pojęciu technicznym nazywamy ciała stałe o własnościach umożliwiających ich stosowanie do wytwarzania produktów. 2.Podaj właściwości materiałów inżynierskich. Właściwości materiałów inżynierskich:

1.Podatność do kształtowania 2.Łatwość obróbki skrawaniem 3.Wytrzymałość mechaniczna w niskich temperaturach 4.Odporność na korozję 5.Odporność na ścieranie 6.Własności elektryczne 7.Odporność na promieniowanie 8.Cena materiału, jego obróbki Wśród materiałów o znaczeniu technicznym wyróżnić można: -materiały naturalne wymagające jedynie nadania kształtu do zastosowania technicznego, -materiały inżynierskie niewystępujące w naturze lecz wymagające zastosowania procesów wytwórczych do ich przystosowania do potrzeb technicznych po wykorzystaniu surowców dostępnych w naturze. Podstawowe grupy materiałów inżynierskich: Metale i ich stopy; Polimery; Materiały ceramiczne; Materiały kompozytowe; Drewno. Materiały wchodzące w skład danej grupy charakteryzują się podobnymi technologiami wytwarzania lub przetwarzania oraz bardzo często podobnymi zastosowaniami. 3.Budowa atomu (liczba atomowa, masowa). CZĄSTKI ELEMENTARNE MATERII: Cząstka elementarna jest to cząstka, będąca podstawowym budulcem - czyli najmniejszym i nieposiadającym wewnętrznej struktury. Obecnie znanych jest ponad 200 takich cząstek, większość z nich współcześnie nie jest już uważana za elementarne.(np. fermiony, kwarki, bozony). Pierwiastki chemiczne: zbiory atomów o jednakowej liczbie protonów w jądrze. Atom: jądro i elektrony. Najważniejsze: elektrony, protony i neutrony (nukleony), foton

ATOM:Jądro atomowe – Nukleony – protony i neutrony Liczba atomowa – liczba protonów w jądrze Liczba masowa – liczba nukleonów (protonów i neutronów) w jądrze BUDOWA ATOMU: Masa atomowa: stosunek średniej masy atomu do masy 1/12 atomu C12 Układ okresowy: gazy szlachetne, metale alkaliczne i ziem alkalicznych, metale przejściowe, metale ziem rzadkich, aktynowce, pierwiastki amfoteryczne, niemetale UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW: Zestawienie wszystkich pierwiastków chemicznych w postaci tabeli, uporządkowanych według ich rosnącej liczby atomowej, grupujące pierwiastki według ich cyklicznie powtarzających się podobieństw właściwości, zgodnie z prawem okresowości Dmitrija Mendelejewa. 4.Co to są pierwiastki chemiczne? Pierwiastki chemiczne, podstawowe pojęcie chemiczne posiadające dwa znaczenia: -zbiór wszystkich atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze -taka substancja chemiczna, która składa się wyłącznie z atomów posiadających jednakową liczbę protonów w jądrze. Pierwotna definicja pierwiastka chemicznego podana przez Arystotelesa, głosząca, że jest to taka substancja, której nie da się rozłożyć na prostsze, nie jest już współcześnie stosowana. W odpowiednich warunkach atomy pierwiastków mogą łączyć się ze sobą, tworząc związki chemiczne. Niemal cała znana materia składa się z pierwiastków chemicznych w pierwszym znaczeniu, które występują albo w stanie wolnym albo w formie związków chemicznych i ich mieszanin. Pierwiastki w drugim znaczeniu tego słowa występują na Ziemi w formie czystej stosunkowo rzadko i poza nielicznymi przypadkami (takimi jak np. miedź rodzima) trzeba je celowo wyodrębniać z mieszanin.

5.Co to są wiązania chemiczne? WIĄZANIA POMIĘDZY ATOMAMI: Elementy struktury materiałów: 1.Wiązania między atomami 2.Układ atomów w przestrzeni 3.Mikrostruktura 4.Makrostruktura Czynniki które najbardziej wpływają na właściwości materiałów: 1.Siły międzyatomowe – siły, które utrzymują atomy razem 2.Sposób ułożenia atomów Wiązanie chemiczne to każde trwałe połączenie dwóch atomów. Powstają one na skutek uwspólniania dwóch lub większej liczby elektronów lub na skutek przeskoku jednego lub większej liczby elektronów z jednego atomu na drugi i utworzenia w wyniku tego tzw. pary jonowej. 6.Podział i rodzaje wiązań chemicznych. WIĄZANIA POMIĘDZY ATOMAMI: Klasyfikacja wiązań pomiędzy atomami -Pierwotne: atomowe (kowalencyjne), jonowe, metaliczne -Wtórne: Van der Waalsa, wodorowe WIĄZANIA PIERWOTNE I WTÓRNE: Wiązania pierwotne: silne, rozrywają się, topią w temp. 1000-5000 K -Jonowe -Atomowe (kowalencyjne) -Metaliczne Wiązania pierwotne, charakteryzują się wysoką energią wiązania. Wiązania wtórne: słabe, rozrywają się, topią w temp 100-500K -Van der Waalsa -Wodorowe Wiązania wtórne – charakteryzują się niską energią wiązania. 7A.Wiązania jonowe. Wiązania jonowe powstają gdy elektrony walencyjne jednego atomu elektrododatniego są połączone przez drugi atom elektroujemny. Związki połączone wiązaniem jonowym charakteryzuje: -krystaliczna budowa, -dobra rozpuszczalność w wodzie, -wysoka temperatura topnienia, -przewodnictwo elektryczne - zarówno w roztworze jak i w stanie stopionym przewodzą prąd elektryczny. 7B.Wiązania kowalencyjne. Wiązanie atomowe (kowalencyjne) – polega na uwspólnieniu par elektronów przez dwa atomy, z których każdy dostarcza do wytworzenia wspólnego dubletu (lub dubletów) taką samą liczbę niesparowanych elektronów. 1 para elektronów - wiązanie pojedyncze, 2 - podwójne, 3- potrójne. Związki kowalencyjne tworzą w stanie stałym sieć krystaliczną zbudowaną z odrębnych cząsteczek, mają niskie temperatury topnienia i wrzenia, rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych lub słabo polarnych, skroplone związki kowalencyjne i ich roztwory, nie przewodzą prądu elektrycznego, ponieważ nie ulegają dysocjacji. Występowanie: gazy: cząsteczki tlenu O2, dwutlenku węgla CO2, ciała stałe: kryształy: diament, krzem, german

7C.Wiązania metaliczne. Wiązania metaliczne – są to wiązania występujące między atomami metali. W dużych skupiskach atomów pierwiastków metalicznych, po zbliżeniu się na wystarczająco małą odległość, atomy oddają swoje elektrony walencyjne na rzecz całego zbioru atomów. Elektrony walencyjne przemieszczają się swobodnie pomiędzy rdzeniami atomowymi. Wiązanie metaliczne może istnieć w stanie stałym lub ciekłym. Właściwości metali związane są z istniejącym wiązaniem metalicznym: -dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne można uzasadnić ruchliwością elektronów należących do gazu elektronowego; -plastyczność - ciągliwość, kowalność metali, tłumaczony jest brakiem w krysztale kierunków uprzywilejowanych, a więc można przesuwać płaszczyzny sieciowe i powodować pęknięcia metali. Właściwości metali związane są z istniejącym wiązaniem metalicznym: -połysk metaliczny - pod wpływem światła widzialnego, elektrony na powierzchni kryształu wykonują drgania o częstotliwości promieniowania padającego, promienie odbite o takiej samej częstotliwości jak promienie padające postrzegane są jako charakterystyczny połysk metalu; 7D. Wiązania Van der Waalsa (międzycząsteczkowe) Związane są z występowaniem między dipolami cząsteczek lub atomów sił Van der Waalsa. Elektryczne dipole powstają w przypadku przemieszczenia się ładunków dodatnich i ujemnych w atomie lub cząsteczce. Siła wiązań van der Waalsa zależna jest od wielkości cząsteczek, słaba w przypadku małych cząsteczek, jednak w przypadku większych cząsteczek wiązania te mogą być silniejsze nawet od wiązań chemicznych (dzieje się tak na przykład w tworzywach sztucznych czy smarach). Uwidacznia się ona również w wysokości temperatury wrzenia substancji. Obserwuje się zwykle znaczne wartości temperatur wrzenia dla cząsteczek o dużych rozmiarach, natomiast małe wartości temperatur wrzenia dla cząsteczek mniejszych. 7E.Wiązanie wodorowe Wiązanie wodorowe, jest to słabe oddziaływanie między związanym wodorem i atomem pierwiastka o dużej elektroujemności, ulokowanym w drugiej cząsteczce. Najczęściej są to atomy fluoru, chloru, tlenu i węgla (jeżeli jest związany z pierwiastkiem silnie elektroujemnym). Wszystkie te atomy posiadają wolną parę elektronową. Każdy atom wodoru oddaje swój elektron najbliższemu atomowi tlenu.

Dodatnio naładowany jon H+ działa jak wiązanie mostkowe pomiędzy sąsiednimi jonami. O^2- częściowo dzięki temu, że przegrupowanie ładunku powoduje powstanie momentu dipolowego w każdej cząsteczce H₂O co powoduje przyciąganie innych dipoli H₂O. Rodzaje wiązań między atomami występującymi w podstawowych grupach materiałów inżynierskich: polimery, ceramika i szkło, matale,półprzewodniki. 8. Jaki wpływ mają wiązania na właściwości materiałów? (czym różnią się między sobą materiały o cząsteczkach połączonych wiązaniami jonowymi, atomowymi i metalicznymi). Pierwiastki chemiczne reagują ze sobą tworząc związki chemiczne. W reakcjach atomy jednego pierwiastka oddziałują z atomami drugiego pierwiastka tworząc wiązanie chemiczne. Reakcjami między pierwiastkami rządzi reguła helowca: atomy starają się uzyskać konfigurację walencyjną helowca znajdującego się najbliżej w układzie okresowym. Reguła ta sprowadza się do tego, że pierwiastki sąsiadujące w układzie okresowym z helem (np. wodór, lit, beryl) zmierzają do uzyskania dubletu elektronowego w powłoce zewnętrznej, a pozostałe pierwiastki starają się uzyskać na tej powłoce oktet elektronowy. Pierwiastki mogą uzyskać konfigurację wynikającą z tej reguły na trzy sposoby: 1. przez przeniesienie elektronów - wiązanie jonowe 2. przez uwspólnienie elektronów - wiązanie kowalencyjne (zwane też atomowymi, spolaryzowane lub niespolaryzowane) 3. przez delokalizację elektronów - wiązanie metaliczne Nie istnieje w zasadzie czyste wiązanie, które w stu procentach można by zaliczyć do danego typu.

W każdym wiązaniu występuje kilka cech i o zaliczeniu do jednego z typów decyduje cecha najsilniejsza w danym przypadku. Typ wiązania jest zależny w dużej mierze od wartości różnicy elektroujemności pierwiastków (np. według skali Paulinga), których atomy tworzą dane wiązanie. Elektroujemność określa zdolność przyciągania elektronów przez atom danego pierwiastka. Im większa elektroujemność, tym silniejsze przyciąganie elektronów. Porównanie elektroujemności pierwiastków tworzących dany związek chemiczny pozwala określić rodzaj występującego wiązania. I tak jeżeli różnica wynosi: - od 0 do 0,4 - wiązanie uznajemy za kowalencyjne niespolaryzowane - od 0,4 do 1,7 - wiązanie klasyfikujemy jako kowalencyjne spolaryzowane - więcej niż 1,7 - wiązanie zostaje zaliczone do wiązań jonowych

Jednym z ważnych parametrów wiązania jest jego energia, która decyduje, albo zasadniczo wpływa na reaktywność cząsteczki. W każdej reakcji musi dojść do zerwania, lub co najmniej wstępnego, znacznego osłabienia siły wiązania. Im energia wiązania większa tym trudniej doprowadzić do takiej sytuacji i cząsteczka jest chemicznie trwalsza. 9. Proszę omówić budowę ciał stałych, krótka charakterystyka materiałów amorficznych i krystalicznych. UKŁAD ATOMÓW W PRZESTRZENI: Budowa ciał stałych: Ze względu na sposób uporządkowania atomów w sieci wyróżniamy: 1.Materiały amorficzne ( atomy są chaotycznie rozmieszczone) np. szkło 2.Materiały krystaliczne ( atomy są uporządkowane) np. metal CIAŁA BEZPOSTACIOWE: (amorficzne) Układ atomów/cząsteczek w przestrzeni jest nieuporządkowany, chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczach. Ciało stałe utrzymuje swój kształt, a ciecz, (również przechłodzona), może płynąć. W stanie amorficznym występują zwykle substancje, które są zdolne do krystalizacji, ale ze względu na: -duży rozmiar cząsteczek, -zanieczyszczenia, -szybkie schłodzenie cieczy, -nie mają warunków w pełni skrystalizować. ZJAWISKO POLIMORFIZMU: Polimorfizm- alotropia; wielopostaciowość. Występowanie substancji w odmianach różniących się budową krystaliczną. alotropia – odniesieniu do pierwiastków chemicznych. Odmiany alotropowe oznacza się greckimi literami α, β, γ itp., umieszczonymi przy symbolu chemicznym pierwiastka, np. Fe α. Zasadniczym czynnikiem wywołującym przemiany alotropowe jest temperatura. Na przykład: żelazo, nikiel, kobalt, tytan, uran – 2 odmiany alotropowe; chrom, wapń i lit - 3; mangan – 4. Znanych jest kilka odmian alotropowych węgla, z czego najbardziej znane to grafit oraz diament. Właściwości fizyczne węgla zależą od odmiany w jakiej występuje. Wszystkie odmiany alotropowe węgla są w warunkach normalnych ciałami stałymi.

Diament	Grafit
przezroczysty	nieprzezroczysty i czarny
twardy - jeden z najtwardszych materiałów na ziemi	miękki - grafitem można narysować kreskę na papierze
bardzo niskie przewodnictwo właściwe	jest dobrym przewodnikiem elektrycznym
najwyższą przewodność cieplną z wszystkich znanych materiałów

10. Co to są izotopy ? Izotopy są to odmiany pierwiastka chemicznego różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu (z definicji atomy tego samego pierwiastka mają tę samą liczbę protonów w jądrze). Izotopy tego samego pierwiastka różnią się liczbą masową (łączną liczbą neutronów i protonów w jądrze), ale mają tę samą liczbę atomową (liczbę protonów w jądrze). Ze względu na stabilność, izotopy dzieli się na: -trwałe (nie ulegające samorzutnej przemianie na izotopy tego samego lub innych pierwiastków), -nietrwałe, zwane promieniotwórczymi (ulegające samorzutnej przemianie na inne izotopy, zazwyczaj innego pierwiastka).

CIAŁA KRYSTALICZNE (kryształy): Układ atomów/cząstek w przestrzeni jest statystyczne uporządkowany, symetryczny. Położenie a/cz. wyznacza się przy pomocy metod rentgenowskich. Położenie a/cz. odwzorowuje model geometryczny – sieć przestrzenna. Układ atomów w kryształach przedstawia się często za pomocą modeli, w postaci sztywnych kul (a) lub kul osadzonych na sztywnym szkielecie(b). Modele przedstawiają strukturę kryształu doskonałego; nie uwzględniają drgań cieplnych atomów ani defektów struktury. Położenie a/cz odwzorowuje model geometryczny

ELEMENTY KRYSTALOGRAFII: Elementy sieci przestrzennej: 1.Węzeł sieci, 2.Prosta sieciowa: prosta łącząca środki dwóch dowolnych atomów, 3.Płaszczyzna sieciowa: powstała przez przesunięcie prostej sieciowej o parametr sieciowy w innym kierunku, 4.Parametr sieci: najbliższa odległość dwóch atomów na prostej sieciowej w komórce prymitywnej, 5.Liczba koordynacyjna: liczba najbliższych i równo oddalonych atomów od jednego dowolnie wybranego, 6.Stopień wypełnienia przestrzeni: stosunek objętości przestrzeni zajętej przez sfery atomów do objętości zajmowanej przez komórkę. 11. Co to jest komórka elementarna, czym można ją scharakteryzować? Trzy zbiory równoległych i równoodległych płaszczyzn dzielą sieć na identyczne równoległościenne komórki, przy czym wybiera się płaszczyzny oddalone o najkrótsze odcinki translacji. Otrzymane w ten sposób komórki nazywane są jednostkowymi lub elementarnymi. Komórka elementarna, najmniejszy element sieci krystalicznej, którego powielenie w przestrzeni pozwala na odtworzenie całej sieci 12. Proszę określić jakimi parametrami można scharakteryzować sieć przestrzenną (6 elementów + komórka elementarna). Układ regularny (sześcienny) układ krystalograficzny, w którym wszystkie trzy osie mają jednakową długość i są w stosunku do siebie prostopadłe. W układzie regularnym krystalizuje około 12% minerałów; np.miedź, złoto, srebro, diament. Układ tetragonalny układ krystalograficzny, w którym trzy osie są w stosunku do siebie prostopadłe, dwie z nich mają taką samą długość i leżą w jednej płaszczyźnie, a trzecia oś (oś główna) jest od nich dłuższa lub krótsza. Typowymi przedstawicielami tej grupy są: czworokątne graniastosłupy, piramidy, trapezoedr, podwójne piramidy. W tym układzie krystalizuje około 10% minerałów; np.cyrkon, chalkopiryt. Układ heksagonalny, układ krystalograficzny, w którym trzy z czterech osi leżą w jednej płaszczyźnie, mają jednakową długość, a kąt między nimi wynosi 120°. Czwarta oś jest osią sześciokrotną, ma inną niż pozostałe długość i jest do nich prostopadła. 15. Proszę wymienić defekty sieci krystalicznej. Defekty struktury krystalicznej – niedoskonałości kryształów polegające na punktowym lub warstwowym zerwaniu regularności ich sieci przestrzennej. Defekty występują praktycznie we wszystkich rzeczywistych kryształach.

Wynikają one z natury procesu krystalizacji. 1.Punktowe: -wakanse, luki – wolne miejsca w sieci krystalicznej, -wyjście atomu na powierzchnie kryształu, - międzywęzłowe – opuszczające węzły np. wskutek drgań cieplnych, 2.Liniowe – inaczej dyslokacje: -krawędziowe – poprzez wprowadzenie ekstrapłaszczyzny między nieco rozsunięte płaszczyzny sieciowe, miarą dyslokacji jest wektor Burgersa, wyznaczony poprzez kontur Burgersa i prostopadły do linii dyslokacji krawędziowej, -śrubowe – powstają w wyniku przesunięcia płaszczyzn atomowych, wektor Burgersa równoległy do linii dyslokacji śrubowej, -mieszane – śrubowa i krawędziowa występujące w strukturach rzeczywistych, 3.Powierzchniowe: -granice ziaren – wąska strefa materiału,w której atomy są ułożone w sposób chaotyczny. Gdy kąt między dwoma sąsiednimi kierunkami krystalograficznymi jest: większy od 15° to szerokokątowa granica, mniejszy – wąskokątowa, -granice międzyfazowe: koherentne – atomy granicy ziarna są wspólnymi atomami obydwóch ziarn, półkoherentne,zerwanie koherentności - największe umocnienie, -błąd ułożenia – wskutek dyslokacji krawędziowej, EBU – energia błędu ułożenia, Oprócz tego występują też defekty warstwowe takie jak: -uskoki sieci krystalicznej, -nakładanie się dwóch sieci na siebie, -rozwarstwienie. Miarą doskonałości kryształu jest jego stopień zdefektowania mierzony liczbą defektów do teoretycznej ilości atomów jaką powinna zawierać sieć. Zazwyczaj zdefektowanie sieci rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Defekty sieci krystalicznej odpowiadają za różne właściwości kryształów, m.in. takie jak: półprzewodnictwo, barwa, luminescencja. Wakanse powstają przede wszystkim wskutek drgań cieplnych sieci, które są tym większe, im wyższa jest temperatura. Przy określonej amplitudzie drgań atom może wypaść ze swego średniego położenia w węźle sieci i zająć pozycję międzywęzłową. Jeżeli atom sieci przeskoczy z węzła sieci w położenie międzywęzłowe powstają: wakans i atom wtrącony międzywęzłowo. Wakans i atom wtrącony powodują lokalne zakłócenie budowy sieciowej, gdyż obecność wakansu powoduje większe od normalnego zbliżenie sąsiednich atomów, natomiast atom wtrącony powoduje rozsunięcie sąsiednich atomów na odległość większą od normalnej. Dyslokacje liniowe: krawędziowe, śrubowe, mieszane. Powstają w wyniku wprowadzenia lub przesunięcia w sieci krystalicznej dodatkowej płaszczyzny atomowej, tworzą się w czasie krzepnięcia, a także podczas obróbki plastycznej. Dyslokację krawędziową wywołuje obecność w przestrzennej sieci krystaliczne dodatkowej półpłaszczyzny obsadzonej atomami (zw. ekstrapłaszczyzną), które krawędź stanowi dowolna linia brzegowa, nazywana linią dyslokacji. Dyslokacja śrubowa wyznacza granicę między przesuniętą i nieprzesuniętą częścią kryształu. Granica ta przebiega równolegle do kierunku poślizgu a nie prostopadle, jak to ma miejsce w przypadku dyslokacji krawędziowej. 13. Co to jest polimorfizm i alotropia (podać przykłady) ? Polimorfizm (wielopostaciowość, różnopostaciowość) – zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tej samej substancji chemicznej. Występuje ono wtedy, gdy ta sama substancja może występować w dwóch lub nawet kilku formach krystalicznych. Odmiany polimorficzne nie są różnymi stanami skupienia, ale są różnymi fazami materii, przejścia z jednej odmiany do drugiej są przemianami fazowymi pierwszego rzędu. Głównymi czynnikami mającymi wpływ na polimorfizm są ciśnienie i temperatura. Nie zachodzą one jednak w ściśle określonych temperaturach, lecz są zależne od termicznej historii próbek. Powoduje to, że dany związek może występować w dwóch różnych odmianach polimorficznych w tej samej temperaturze. Istnieje też możliwość uzyskiwania różnych form polimorficznych poprzez krystalizację związków chemicznych w ściśle określony sposób. Występowanie odmian polimorficznych pierwiastków chemicznych jest jedną z form alotropii. Polimorfizm z przemieszczeniem Przykłady: SiO2: kwarc α w kwarc β trydymit α w trydymit β krystobalit α w krystobalit β FeS2: piryt w markasyt SiC: heksagonalny węglik krzemu α w regularny węglik krzemu β. Wszystkie w/w przemiany są odwracalne - tzn. polimorfizm z przemieszczeniem zachodzi zarówno na drodze kwarc α w kwarc β jak i z kwarcu β w kwarc α. Polimorfizm z przebudową, następuje tu zerwanie wiązań i zasadnicza przebudowa sieci. Zachodzą one powoli i z dużym oporem. Przykłady: SiO2: kwarc α w trydymit α w krystobalit α C: grafit (układ heksagonalny) w diament (układ regularny) Al2SiO5: andaluzyt w sillimanit w kyanit (dysten) CaCO3: kalcyt (układ trygonalny) w aragonit (układ rombowy). Polimorfizm typu porządek – nieporządek, jest to specyficzna forma przemiany zachodzącej w wyniku nierównowagi sieciowej, gdy atomy mogą się wzajemnie zastępować. Dobrym przykładem są skalenie potasowe: w sanidynie atomy Al i Si są nieuporządkowane, zaś w mikroklinie uporządkowane. Politypia, jest to szczególny rodzaj polimorfizmu. Identyczne warstwy sieci krystalicznej układają się na sobie w odmienny sposób. Najczęściej nie ma to jednak wpływu na ich właściwości fizyczne, natomiast zmienia się często wygląd lub struktura.

Modyfikacje politropowe są najczęstsze wśród minerałów o strukturze warstwowej. Alotropia, występowanie tego samego pierwiastka chemicznego w 2 lub kilku formach krystalicznych. Przykłady alotropii: węgiel - grafit, diamentu i fullereny, tlen cząsteczkowy - tlen O2 i ozon O3. Znane są też liczne odmiany alotropowe m.in. arsenu, cyny, fosforu, antymonu, selenu, siarki. Każda odmiana alotropowa jest trwała w pewnym zakresie temperatury i ciśnienia. Zmiana tych warunków (T, P) może spowodować określoną przemianę alotropową. 14. Co to jest anizotropia ? Wykazywanie odmiennych właściwości (rozszerzalność termiczna, przewodnictwo elektryczne, współczynnik załamania światła, szybkość wzrostu i rozpuszczania kryształu) w zależności od kierunku. Ciała anizotropowe wykazują różne właściwości w zależności od kierunku, w którym dana właściwość jest rozpatrywana. Anizotropię sprężystości i prędkości wzrostu wykazują wszystkie kryształy. Pozostałe własności kryształów mogą być anizotropowe lub izotropowe.

Ważną konsekwencją anizotropii prędkości wzrostu w warunkach swobodnego narastania jest samorzutne tworzenie się prawidłowych postaci wielościennych. 15. Co to jest stop metalu ? Stop metali (dawniej także: aliaż) , tworzywo o właściwościach metalicznych, w którego strukturze metal jest osnową, a poza nim występuje co najmniej jeden dodatkowy składnik, zwany dodatkiem stopowym. Dodatki są wprowadzane w celu poprawienia wytrzymałościowych właściwości materiału. Zwykle pogarszają plastyczność, przewodnictwo elektryczne, przewodnictwo cieplne. Często zmniejszają również odporność na korozję. Stopy otrzymuje się najczęściej przez stapianie składników w stanie ciekłym i odlewanie, po którym – w czasie chłodzenia i dodatkowych zabiegów obróbki cieplnej – powstaje struktura decydująca o właściwościach. Są stosowane również inne techniki wytwarzania stopów, tj. spiekanie, elektroliza lub nasycanie dyfuzyjne w stanie stałym (obróbka powierzchni wyrobów, np. azotowanie, nawęglanie, kaloryzowanie i inne). Metale, to pierwiastki chemiczne, w których występuje wiązanie metaliczne, są krystalicznymi ciałami stałymi i stanowią około 80% ogólnej liczby pierwiastków. Krystalizują najczęściej w układzie regularnym lub heksagonalnym. 16. Proszę podać podstawowe cechy metali ( budowa krystaliczna, wiązania, inne). Metal jest materiałem (najczęściej krystalicznym) o wiązaniach metalicznych, którego główne cechy to: plastyczność, sprężystość, dobre przewodnictwo prądu elektrycznego oraz ciepła, ujemny współczynnik temperaturowy przewodności elektrycznej, nieprzezroczystość, metaliczny połysk, wytrzymałość mechaniczna, łatwość obróbki. 17. Proszę wymienić właściwości metali i ich stopów. Wysoka przewodność cieplna i ciepło właściwe, Podatność na odkształcenia plastyczne, Przewodność elektryczna malejąca ze wzrostem temperatury, Nieprzezroczystość i połysk metaliczny, Odporność na obciążenia udarowe, Wysoka podatność do krystalizacji w czasie krzepnięcia.

Stopy metali mają dużą gęstość, ponieważ zbudowane są z ciężkich atomów o gęstym upakowaniu.

18. Proszę wymienić i krótko scharakteryzować procesy technologiczne metali i stopów. - odlewnictwo- technologia polegająca na zalewaniu uprzednio przygotowanej formy ciekłym materiałem, najczęściej stopem metali, (również gipsem, woskiem, tworzywami sztucznymi) oraz takim sterowaniu procesem krzepnięcia lub reakcji chemicznej tężenia odlewu, aby otrzymać wyrób o odpowiedniej strukturze i właściwościach odlanych obiektów -przeróbka plastyczna- metoda obróbki metali i ich stopów polegająca na wywieraniu narzędziem na obrabiany materiał nacisku przekraczającego granicę jego plastyczności, mającego na celu trwałą zmianę kształtu i wymiarów obrabianego przedmiotu, a także zmianę struktury powodująca zmianę właściwości - Walcowanie- polega na kształtowaniu materiału między obracającymi się walcami, tarczami, rolkami lub przemieszczającymi się względem siebie narzędziami płaskimi -Kucie- – materiał kształtowany jest uderzeniem młota, kowarki lub naciskiem prasy - Wyciskanie- materiał znajduje się w pojemniku a kształtowany jest poprzez wyciskanie z matrycy - Ciągnienie- – materiał kształtowany jest poprzez przeciąganie przez oczko ciągadła - Tłoczenie- - któremu poddaje się blachy i taśmy zmieniające kształt bez zasadniczej zmiany grubości - obróbka skrawaniem- rodzaj obróbki ubytkowej polegający na zdejmowaniu (ścinaniu) małych części obrabianego materiału zwanych wiórami -metalurgia proszków- – metoda wytwarzania przedmiotów z proszków metali bez topienia ich. Oddzielne cząstki proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej

19. Proszę wymienić właściwości metali:

Wytrzymałość i plastyczność, odporność na korozję, przewodność elektryczna, przenikalność magnetyczna, wyraźnie zależy od struktury. Wpływają na nie zarówno wszelkie nieprawidłowości struktury sieciowej, jak i wielkość ziaren i rozłożenie ich granic.

20. Proszę scharakteryzować żelazo.

Żelazom Fe jest metalem. W temperaturze pokojowej jest ciałem stałym. Temperatura topnienia - 1535°C. Barwa srebrzystobiała. Żelazo jest srebrzystobiałym, kowalnym i ciągliwym metalem, jest ciężkie. Należy do grupy żelazowców Jest to jeden z pospolitszych pierwiastków w skorupie ziemskiej (czwarte miejsce jako pierwiastek pod względem rozpowszechnienia), ogólną jego zawartość w środowisku szacuje się na ok. 6%. Występuje w licznych rudach, najczęściej w postaci tlenków. Znajduje się także w wielu minerałach. Żelazo jest aktywne chemicznie.

Po podgrzaniu pokrywa się tlenkiem. Jest nieodporne na wpływy atmosferyczne. Na powietrzu pokrywa się tlenkiem żelaza – rdzą. Proces rdzewienia przyśpiesza duża wilgotność. W hutnictwie metaliczne żelazo otrzymuje się przez redukcję jego tlenków węglem (w postaci koksu).

Zastosowanie: Żelazo w postaci czystego pierwiastka znalazło niewiele zastosowań. Głównie stosuje się je do wyrobu rdzeni elektromagnesów, produkcji stopów, materiałów ściernych, farb. Izotopy 59Fe i 55Fe wykorzystywane są w badaniach biochemicznych.

21. Jakie znasz stopy żelaza.

Stop to substancja o właściwościach metalicznych, składająca się z 2 lub więcej pierwiastków, z których przynajmniej jeden, użyty w przeważającej ilości, jest metalem.

a) Stal

Żelazo miesza się z węglem, aby nadać mu większą twardość i wytrzymałość.

Tak powstaje stal. Jest to stop żelaza z węglem zawierający do 2 % węgla, oraz inne składniki np. mangan, krzem, chrom i molibden.

Stal jest głównym materiałem konstrukcyjnym. Buduje się z niej drapacze chmur, robi zbrojenia w budynkach. Produkuje się z niej narzędzia, śrubki, łożyska, rury, samochody, broń, i wiele innych rzeczy. Stal jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych i znanych stopów na świecie.

b) Żeliwo

odlewniczy stop żelaza z węglem (zawartość węgla – ponad 2 do 4,5 %), krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami.

Żeliwo szare charakteryzujące się dobrą obrabialności, dużą odpornością na ścieranie. Dzięki tym własnościom jest szeroko stosowane w przemyśle maszynowym (np. kadłuby maszyn, wały, tuleje cylindrowe).

Żeliwo białe jest twarde i kruche, słabo obrabialne.

22. Co obrazuje wykres równowagi żelazo-węgiel.

Wykres równowagi układu żelazo-węgiel - jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo - cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).

Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu - z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe3C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.