Лекция 2. Материаловедение. Структура чистых металлов. Диффузия. Строение сплавов.

1. Материаловедение

• История развития

• Источники науки о материалах

• Содержание и задачи

2. Структура чистых материалов

• Электронная структура и периодическая система элементов

• Силы связи и основные типы твёрдых тел

• Кристаллическая структура

• Несовершенства в кристаллах

3. Диффузия

• Механизмы диффузии и самодиффузии

• Факторы влияния

• Коэффициенты диффузии и самодиффузии

• Макроскопическая диффузия. Закон Фика

2. Структура чистых материалов

Электронная структура и периодическая система элементов

Периодическая система элементов по Менделееву

• ряд с возрастанием атомного веса

• повторяемость химических свойств, валентности

• нарушение системы (Со-Ni, Ar-K, Te-J)

• разработана для 63 известных тогда элементов

• предсказаны ещё 10

Модели атома до квантовой механики

• исходные данные по поведению в электрических и магнитных полях, химическим свойствам и излучению света (линейчатый спектр), по наличию разноимённых зарядов

• модель Томсона – попытка объяснить оптические свойства на основе осциллятора с основной частотой и гармониками

• модель Резерфорда с небольшим по размеру и тяжёлым ядром и лёгкими электронам (планетарность, определение Z, ограниченная область действия кулоновских сил)

• модель Бора (постулаты стационарных квантованных состояний и частот  = (Е_n1-E_n2)/h, трудности с объяснением интенсивности излучения, неприменимость к многоэлектронным системам – только водород и ионизированный гелий)

Квантовая механика и квантовые числа

• дуализм квантовой механики, волновая функция, вероятность события, квантование энергии, принцип Паули

• квантовые числа

главное n = 1(К), 2 (L), 3 (M), 4 (N), 5 (O), 6 (P), 7 (Q)

орбитальное l = 0 (s),1(p), 2 (d), 3 (f), 4 (g),…,n-1

магнитное m = 0, 1, 2,…,  l

спиновое m_s = 1/2 (проекция спина на ось z)

Отсюда N_s =2, N_p= 6, N_d = 10, N_f = 14.

• порядок заполнения орбиталей

последовательно начиная с меньшего n

снятие вырождения l - уровней у многоэлект-ронных атомов:

а) в порядке возрастания l на внешней орбитали

б) 4s ниже 3d, 5s ниже 4d, 6s ниже 5d и 4f, 7s ниже 6d и 5f

в) внешние орбитали содержат только элект-роны s - и p – подорбиталей, которые определяют валентность

№ орби-тали	Электронная структура	Максимальное число электронов
1	1s	2
2	2s 2p	8
3	3s 3p	8
3d 4d 4	4s 4p	18
5	5s 5p	18
6	6s 6p	32
7	7s 7p	32