Структура материалов.
Технологическое значение материалов зависит от строения и выражается в их свойствах. Строение материалов характеризует структура.
Структура – совокупность устойчивых связей материала, обеспечивающих его целостность и сохранение основных свойств при внешних и внутренних изменениях.
Структура материалов определяется множеством факторов:
строением атомов, ионов, молекул
распределением в них электронов
типом связей между частицами и т.д.
В материаловедении принято рассматривать три уровня строения материалов: атом – молекула – фаза.
Атом. Молекула. Химическая связь.
Всякое вещество не является чем-то сплошным, а состоит из отдельных очень маленьких частиц.
Для большинства веществ частицы представляют собой молекулы. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.
Атом – наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами.
Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
В состав молекулы может входить различное число атомов. При этом атомы могут соединяться друг с другом не только в различных соотношениях, но и различным образом. Поэтому при сравнительно небольшом числе химических элементов число различных веществ очень велико.
Молекулы сложных веществ состоят из различных атомов, вступивших в химическое взаимодействие. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, вступивших в химическое взаимодействие.
К образованию устойчивой многоатомной системы (молекулы, кристалла) приводит химическая связь между атомами, которая может возникать при их взаимодействии.
Химическая связь, взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул и кристаллов.
Важнейшие виды химической связи:
ковалентная,
ионная,
металлическая
Ковалентная связь – наиболее общий вид химической связи, возникающий за счет обобществления электронной пары посредством обменного механизма, когда каждый из взаимодействующих атомов поставляет по одному электрону, или по донорно-акцепторному механизму, если электронная пара передается в общее пользование одним атомом (донором) другому атому (акцептору) (рис. 1).
Рис. 1
Обменный (а) и донорно-акцепторный (б) механизмы образования ковалентной связи
Ионная связь – частный случай ковалентной, когда образовавшаяся электронная пара полностью принадлежит более электроотрицательному атому, становящемуся анионом. Основой для выделения этой связи в отдельный тип служит то обстоятельство, что соединения с такой связью можно описывать в электростатическом приближении, считая ионную связь обусловленной притяжением положительных и отрицательных ионов.
Металлическая связь возникает в результате частичной делокализации валентных электронов, которые достаточно свободно движутся в решетке металлов, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными ионами. Силы связи не локализованы и не направлены, а делокализированные электроны обусловливают высокую тепло- и электропроводность.