4. Елементи кристалографії. Типи кристалічних решіток (сингоній)

Все різноманіття кристалічних ґраток класифікується за певною найважливішою ознакою. Найголовніша властивість кристала — просторова симетрія і за нею ґратки розділені на 7 сингоній, 32 класи симетрії. Інша важлива характеристика — розташування атомів в елементарній комірці, на ній заснована класифікація кристалічних ґраток Браве. Також кристали поділяються за типом хімічного зв’язку в кристалах і виділяються кристалічні структури з однаковими зв’язками — гомодесмічні і гетеродесмічні з групами атомів зв’язаних ковалентними зв’язками і слабшими зв’язками між іншими атомами.

Сингонії:

• триклінна сингонія — найменша симетрія, немає однакових кутів, немає вісей однакової довжини;

• моноклінна сингонія — два прямих кути, немає вісей однакової довжини;

• ромбічна сингонія — три прямих кута (тому ортогонально), немає вісей однакової довжини;

• гексагональна сингонія — дві вісі однакової довжини в одній площині під кутом 120°, третя вісь під прямим кутом;

• тетрагональна сингонія — дві вісі однакової довжини, три прямих кута;

• тригональна сингонія — три вісі однакової довжини і три рівних непрямі кути;

• кубічна сингонія — найвища ступінь симетрії, три вісі однакової довжини під прямим кутом.

5. Градація структури твердих тіл. Поліморфізм

За своєю структурою матеріали можуть бути кристалічними.

Структура – це форма, розміри і характер взаємного розташування відповідних фаз в металах і сплавах.

Структура кристалічних металів:

1) Монокристали. Складаються з атомів іонів або молекул, що займають у просторі певне положення у вузлах кристалічної решітки.

2) Полікристали. Складаються з багатьох кристалів, що мають різну орієнтацію.

3) Аморфні тіла. При нагріванні розм’якшуються у великому температурному інтервалі стають в’язкими, а потім переходять в рідкий стан.

Градація твердих тіл:

1) Макроструктура. Сполучення відносно великих елементів матеріалу, які видно неозброєним оком зі збільшенням приблизно в 10-30 разів.

2) Мікроструктура. Сполучення структурних елементів, яке можна побачити за допомогою оптичного мікроскопа.

3) Тонка структура. Характеризується сполученням між собою атомів, іонів або молекул, також більших структурних елементів, які неможливо спостерігати за допомогою оптичних мікроскопів.

4) Пориста структура. Структура багатьох матеріалів пронизана порами, тобто проміжками між структурними елементами, що порушують однорідність матеріалу.

Кристалічні тіла – перебувають у твердому стані до відповідної температури (температури плавлення), при якій вона переходить у рідкий стан. Правильний порядок розташування атомів у кристалічних тілах спостерігається на далекій відстані.

Аморфні тіла – не мають температури плавлення: під час нагрівання поступово переходять у рідкий стан, знижуючи свою в’язкість. Порядок у розташуванні атомів виконується тільки для ближнього оточення.

6. Дифузія у металах і сплавах. Самодифузія. Закони дифузії.

Усі процеси, що відбуваються у металах і сплавах пов’язані із самодифузією або дифузією.

Самодифузія – перехід атома металу із вузла кристалічної решітки у сусідній вузол під впливом теплового збудження.

Дифузія – перенесення різноманітних атомів, яке супроводжується зміною концентрації компонентів у окремих зонах сплаву. Існує кілька механізмів опису процесів дифузії або самодифузії.(обмінний, циклічний, міжвузловий, вакансійний).

Проте, завжди реалізується той механізм дифузії або самодифузії, під час якого виявляється найменший енергетичний бар’єр (енергія активації), переборюваний атомами. Енергія активації залежить від сил міжатомного зв’язку та дефектів кристалічної решітки, які полегшують дифузійні переходи (енергія активації по границях зерен удвічі менша, ніж у об’ємі зерна).

Дифузія описується законами Фіка (справджується для слабких розчинів або систем з малим градієнтом концентрації речовини, що дифундує):

1-й закон – при t = cost маса дифундуючої речовини, що дифундує в одиницю часу через одиницю поверхні пропорційна градієнту концентрації і коефіцієнту дифузії

d m = - Д дс/дx dS dr.

Знак мінус вказує, що дифузія протікає у напрямку, зворотному до вектора градієнта концентрації, тобто від зони з більшою концентрацією до зони з меншою концентрацією дифундую чого елемента.

Якщо градієнт концентрації змінюється у часі, а коефіцієнт дифузії приймається незалежним від концентрації, процес дифузії описується другим законом Фіка, який виводиться з першого закону:

Сорбція – поглинання водяної пари.

Десорбція – віддача водяної пари.

Адсорбція – притягання поверхнею матеріалу пари води, яка утворює на ній густу полімолекулярну плівку. Відбувається дуже швидко.

Абсорбція –проникання молекул води у міжмолекулярний простір під час насичування поверхні матеріалу водяною парою. Триває повільноЧас досягнення стану рівноваги становить кілька годин

Хемосо́рбція (або Хемосорбційний процес) — це хімічний процес, частинний випадок адсорбції. На відміну від фізичної адсорбції під час хемосорбції не зберігається індивідуальність адсорбтива і адсорбента. При наближенні молекул адсорбтива з поверхнєю адсорбента відбувається перерозподіл їх електронів з утворенням хімічного зв'язку.