- •Министерство образования и науки украины
- •1. Строение атома
- •1.2. Некоторые сведения из квантовой механики
- •1.3. Уравнение Шредингера для атома водорода
- •1.4. Спин электрона
- •1.5. Атомная орбиталь
- •1.6. Принцип Паули
- •1.7. Многоэлектронные атомы
- •2. Химическая связь
- •2.1. Основные характеристики химической связи
- •2.1. Составление химических уравнений
- •2.3. Стехиометрические расчеты в химии
- •2.5. Номенклатура неорганических соединений
- •2.5. Скорость химических реакций.
- •3. Кристаллохимия
- •3.1. Ионные кристаллы
- •3.2. Ковалентные связи в кристаллах
- •3.3. Металлическая связь
- •3.4. Слабая (ван-дер-ваальсовая) связь в кристаллах
- •3.5. Кристаллохимические параметры
- •4. Кристаллография (1 часть)
- •4.1. Предмет кристаллографии
- •4.4. Сетка Вульфа. Сферические координаты
- •4.5. Элементы симметрии кристалла
- •5. Кристаллография (2 часть)
- •5.1. Сингонии. Решетки Бравэ
- •5.2. Некоторые наиболее распространенные типы решеток
- •5.3. Пространственная решетка
- •5.4. Индицирование направления
- •5.5. Индицирование плоскостей (hkl)
- •5.6. Индицирование гексагональных кристаллов (граней)
- •5.7. Термины в кристаллографии
- •6. Дефекты кристаллической решетки
- •6.1. Точечные дефекты
- •6.2. Миграция точечных дефектов
- •6.3. Диффузия в твердых телах
- •6.4. Дислокации в кристаллах
- •7. Макро-, микро- и наноструктура материалов
- •7.1. Макроскопический анализ
- •7.2. Микроскопический анализ
- •7.3. Принцип работы металлографического микроскопа
- •7.4. Определение балла зерна
- •7.5 Фазовый анализ
- •7.6. Наноструктура
- •7.7. Рентгеноструктурный анализ материалов
- •8. Механические свойства твердых материалов
- •8.1. Разновидности механических свойств материалов
- •8.3. Упругая линейная продольная деформация
- •8.4. Сдвиг. Упругая деформация сдвига
- •8.5. Взаимосвязь между деформациями растяжения (сжатия) и сдвига
- •9. Всесторонняя деформация сжатия
- •9.1. Закон Гука для всесторонней деформации
- •9.2. Закон Гука для деформации вдоль одной стороны
- •9.3. Связь между модулем всестороннего сжатия и
- •9.4. Напряжения при ударе
- •9.5. Упругое последствие
- •10. Изгиб и кручение материалов
- •10.1. Изгиб. Упругая изгибная деформация
- •10.2. Прогиб и поворот сечения балки
- •10.3. Прогиб балки на двух опорах
- •10.4. Кручение материалов. Деформация кручения
- •11. Пластичность. Твердость. Ударная вязкость
- •11.1. Пластическая деформация твердых тел
- •11.2. Физическая сущность пластической деформации
- •11.3. Пластическая деформация поликристаллов
- •11.4. Основные характеристики деформации и разрушения
- •11.5. Твердость материалов
- •12. Разрушение материалов. Пути повышения прочности
- •12.1. Прочность. Виды разрушений
- •12.2. Ползучесть материалов
- •12.3. Другие механические свойства
- •12.4. Пути повышения прочности материалов
- •13. Тепловые свойства твердых тел
- •13.1. Колебания атомов в кристаллах
- •13.2. Теплоемкость твердых тел
- •13.3. Теплопроводность твердых тел
- •13.4. Тепловое расширение твердых тел
- •13.5. Зависимость механических напряжений от температуры
- •13.6. Повышение механических свойств материалов под действием температуры
- •14. Жидкое состояние вещества
- •14.3. Вязкость жидкостей
- •14.4. Поверхностное натяжение
- •14.5. Явления смачивания
- •14.6. Жидкие растворы
- •14.9. Осмотическое давление
- •15. Структура полимеров
- •15.1. Молекулярное строение полимеров
- •15.2. Классификация полимеров
- •15.3. Превращения в полимерах
- •15.4. Надмолекулярная структура полимеров
- •16. Механические свойства полимеров
- •16.1 Высокоэластическое состояние полимеров
- •16.2. Модель Максвелла для линейных полимеров
- •16.3. Модель Кельвина-Фогта для сетчатых полимеров
- •17. Термодинамика фазовых превращений
- •17.1. Фазовые превращения. Правило фаз
- •17.2. Термодинамические функции и параметры
- •Свойства термодинамических функций:
- •17.3. Связь между основными термодинамическими функциями и параметрами
- •17.4. Химический потенциал
- •18. Фазовые переходы I рода. Плавление и
- •18.1. Фазовые переходы I рода
- •18.2. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
- •18.3. Плавление и кристаллизация
- •18.4. Термический анализ
- •19. Фазовые превращения в твердом состоянии
- •19.1. Изоморфизм и полиморфизм вещества
- •19.2. Полиморфные превращения
- •19.3. Бездиффузионные и диффузионные превращения
- •19.4 Кинетика твердофазных превращений
- •19. 5 Упорядочение и разупорядочение в сплавах
- •19.6. Диаграмма состояния сплавов с учетом твердофазных превращений
- •19.7. Эвтектоидные превращения
- •19. 8. Рекристаллизация
- •20. Сплавы
- •20.1. Классификация сплавов
- •20.2. Зависимость свободной энергии Гиббса от температуры и
- •20.3. Система с неограниченной растворимостью компонентов в жидком и твердом состояниях
- •20.4. Построение диаграмм состояния методом термического
- •21. Диаграммы состояния бинарных систем
- •21.1. Система с ограниченной взаимной растворимостью
- •21.2. Анализ диаграммы состояния для сплавов с эвтектическим
- •21.3. Анализ диаграммы состояния для сплавов с перитектическим превращением.
- •21.4. Диаграммы состояния для сплавов, когда компоненты образуют химические соединения
- •22. Изучение диаграмм состояния
- •22.1. Построение и расшифровка диаграмм состояния тройных сплавов
- •22.2. Основные типы диаграмм состояния трехкомпонентных
- •II. Изотермические и политермические сечения тройных диаграмм.
- •23. Определение концентрации компонентов
- •Бинарные сплавы
- •Найти молярную массу бинарного раствора м при известных ,,м1 и м2.
- •24.2. Неорганическое стекло
- •24.3. Механические и тепловые свойства стекла
- •24.6. Оптические свойства стекла
- •24.5. Применение технических стекол.
- •25. Дисперсные системы
- •25.1. Введение
- •25.2. Свойства малых частиц
- •25.3. Коагуляция частиц
- •26. Электрические свойства материалов
- •26.1. Элементы зонной теории твердого тела
- •26.2. Электропроводность твердых тел
- •26.2. Поляризация диэлектрика
- •26.4. Сверхпроводники
- •26.5. Электрический ток в жидкостях
- •27. Магнитные свойства твердых тел
- •27.1. Магнитные моменты атомов
- •27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики
- •27.3. Ферромагнетики
26.5. Электрический ток в жидкостях
Чистые жидкости (например, дистиллированная вода и др.) являются диэлектриками. Однако при растворении в них других веществ появляются носители электричества – ионы (анионы и катионы).
Электролиты – растворы кислот, щелочей, солей.
Электролитическая диссоциация – распад молекул на ионы при пропускании электрического тока через электролит.
При прохождении электрического тока через электролит выполняется закон Ома
, (26.14)
где q+, q– - заряды ионов; - концентрации и подвижности ионов; - степень диссоциации.
Электролиз – процесс выделения вещества на электродах при прохождении электрического тока через электролит. При электролизе выполняются два закона Фарадея.
I закон Фарадея: масса m выделившегося вещества на электродах при электролизе прямо пропорциональна силе электрического тока I и времени пропускания тока t:
, (26.15)
где k – электрохимический эквивалент вещества.
II закон Фарадея: отношение электрохимического эквивалента вещества k к его химического эквиваленту (А/n) есть величина постоянная равная величина, равная 1/F, где F – число Фарадея:
, (26.16)
где А – атомная масса вещества, n – валентность, F = 96400Кл/моль.
Явление электролиза широко используется в технике для нанесения покрытий. Например, никелирование, хромирование, бромирование и др. позволяет предохранять различные низкоуглеродистые стали от окисления.
27. Магнитные свойства твердых тел
27.1. Магнитные моменты атомов
Вязкое вещество способно под действием внешнего магнитного поля намагничиваться. Ёще Ампер выдвинул гипотезу о том, что в теле существуют микроскопические токи. Такими токами J могут обладать атомы при вращении электронов вокруг ядра.
Если электрон движется в атоме по круговой орбите, то он эквивалентен круговому току и обладает орбитальным магнитным моментом
, (27.1)
где е – заряд электрона, - частота вращения электрона по орбите вокруг ядра, S – площадь в плоскости орбиты (рис. 27.1).
Рис. 27.1. Схема возникновения орбитального и механическогомоментов электронов при их вращении вокруг атомного ядра.
C другой стороны, движущийся по орбите электрон обладает механическим моментом импульса
, (27.2)
где m – масса электрона.
Из (27.1) и (27.2) имеем
, (27.3)
где - гиромагнитное отношение.
С учетом собственного механического момента (спина) у электрона было доказано, что .
27.2. Намагничивание. Диа- и парамагнетики
Намагничивание – это ориентация магнитных моментов атомов данного вещества вдоль направления внешнего магнитного поля или появление под действием поля ориентированных вдоль поля магнитных моментов атомов.
Намагниченность J – это сумма магнитных моментов атомов, приходящихся на единицу объема вещества
. (27.4)
Намагниченность пропорциональна напряженности внешнего магнитного поля
, (27.5)
где - магнитная восприимчивость вещества.
Магнитная восприимчивость связана с магнитной проницаемостью вещества
. (27.6)
Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз внешнее магнитное поле изменяется по сравнению с полем в присутствии магнетика.
В зависимости от значений и все вещества делятся на три основных класса: диа-, пара- и ферромагнитные материалы.
Вещества, намагничивающиеся во внешнем поле против направления поля, называются диамагнетиками.
Это выталкивание связано с так называемым диамагнитным эффектом, который заключается в следующем.
Пусть электрон движется в атоме по круговой орбите. Если орбита электрона ориентирована относительно вектора напряженности внешнего магнитного поля произвольно, то орбита прецессирует вокруг вектора. При этом вектор орбитального момента электронавращается вокруг векторас некоторой угловой скоростью. Таким образом, электронные орбиты атома под действием внешнего магнитного поля совершают прецессионные движения (наподобие волчка), которые эквивалентны круговым токам. Эти микротоки индуцированы внешним магнитным полем, и согласно правилу Ленца у атома появляется составляющая магнитного момента, направленная противоположно внешнему полю.
Наведенные составляющие магнитных полей атомов (молекул) складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле.
Для диамагнитных веществ 1, 0. Диамагнетики выталкиваются внешним магнитным полем. Примерами диамагнитных веществ являются Bi, Ag, Au, Cu, полимеры, смолы.
Вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению этого поля и усиливающие его, называются парамагнетиками. У парамагнитных материалов при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесение парамагнетика во внешнее поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю.
Для парамагнетиков 0, 1. Парамагнитные вещества втягиваются во внешнее магнитное поле.
Примерами парамагнитных веществ являются Pt, Al, редкоземельные элементы.