prvi kolokvij

Download prvi kolokvij

Post on 03-Apr-2015

394 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

MATERIJALI I

I. dio: Uvod u strukturu materijala

Prof.dr.sc. urica paniek Dr.sc. Lidija urkovi, izv. prof.

Materijali I obuhvaaju tri dijela: I. Uvod u strukturu materijala, II. Dijagrami stanja materijala, III. Mehanika svojstva materijala.

1

I. UVOD U STRUKTURU MATERIJALAMATERIJALI su vrste TVARI od kojih je neto izraeno ili sastavljeno. TVARI ili SUPSTANCIJE su bilo koji sreeni oblik postojanja MATERIJE. MATERIJA je sve to zauzima neki prostor i posjeduje masu. Materijali su samo one tvari ko je se pogodnim postupcima mogu oblikovati u predmete tono odreenog oblika, veliine i uporabne vrijednosti. TEHNIKI MATERIJALI su oni MATERIJALI od kojih se izrauju tehniki proizvodi, a posjeduju kombinaciju povoljnih fizikalno-kemijskih svojstava koja nazivamo tehnikim svojstvima. TVAR koja posjeduje tehnika svojstva mora ispuniti jo dva preduvjeta da postane TEHNIKI MATERIJAL: - mora se moi PRERAIVAT - mora bit pristupana CIJENOM.

Dananji ivot i proizvodnju saeto obiljeava izreka: BEZ MATERIJALA NITA NE POSTOJI, BEZ ENERGIJE SE NITA NE ZBIVA I BEZ INFORMACIJA NITA NEMA SMISLA.Broj materijala od 1940. god. do danas ekponencijalno raste. Procjene govore da danas raspolaemo s oko 100 000 razliitih vrsta materijala. Broj osnovnih vrsta materijala je znatno manji, raznovrsnost se postie variranjem SASTAVA i STRUKTURE.

2

OSNOVNE GRUPE TEHNIKIH MATERIJALA1. METALI I LEGURE (kovine i slitine)Neka svojstva metala i legura: dobri su vodii topline i elektriciteta, duktilni, kovki, vrsti.

2. POLIMERINeka svojstva polimera: mala gustoa, loi vodii, tale se i razlau pri razmjerno nioj temperaturi.

3. KERAMIKA I STAKLANeka svojstva keramike i stakla: tvrdi i krhki, izolatori, otporni pri povienenim temperaturama.

4. KOMPOZITI Kompoziti su sloeni materijali sastavljeni od najmanje dviju komponenti izprethodne tri grupe.

MATERIJALI u svakoj grupi imaju RAZLIITU STRUKTURU I SVOJSTVA.

STRUKTURA SVOJSTVA

PRIKAZ RAZINE GRAE MATERIJALA

Struktura materijala moe se istraivati i opisati na etiri razliite razine: 1. makrostruktura 2. mikrostruktura

3. nanostruktura 4. struktura na razini atoma.

3

STRUKTURA VRSTIH TVARI ovisi o:1. VRSTI VEZA IZMEU STRUKTURNIH JEDINICA- strukturne jedinice: atomi, ioni, molekule, makromolekule.

2. SLAGANJU STRUKTURNIH JEDINICA:- kristalna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica dugog dosega), npr. metali, legure, keramika. - amorfna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica kratkog dosega), npr. staklo. - kombinacija kristalne i amorfne strukture,npr. polimeri, keramika.

GRAA ATOMA

ATOM

ATOMSKA JEZGRA

ELEKTRONSKI OMOTA

PROTONI (p+) NEUTRONI (n)

ELEKTRONI (e-)

4

SHEMATSKI PRIKAZ GRAE ATOMA ATOMSKA JEZGRA

ELEKTRONSKI OMOTA (elektronski oblak)Elektroni u atomu se dijele na: - valentne elektrone koji slue za vezanje atoma. - unutarnje elektrone koji ne sudjeluju u kemijskoj vezi, tj. koji zadravaju svoju konfiguraciju u svim spojevima dotinog elementa. Vanjsku ljusku nazivamo i valentnom ljuskom, a elektrone u valentnoj ljusci valentni elektroni.

SVAKA JE VRSTA ATOMA ODREENA ATOMSKIM ILI REDNIM BROJEM (Z) I MASENIM BROJEM (A). MASENI BROJ = BROJ PROTONA + BROJ NEUTRONA

A = N (p+) + N (n)ATOMSKI ILI REDNI BROJ = BROJ PROTONA = BROJ ELEKTRONA

Z = N (p+) = N (e-)KEMIJSKI ELEMENT JE SKUP SVIH ATOMA S ISTIM ATOMSKIM ILI REDNIM BROJEM (Z).

Za element oznake E:

A Z

E

5

IZOTOPI su atomi odreenog elementa, to znai istog atomskog broja (Z), a razliitog masenog broja (A), zbog razliitog broja neutrona u jezgri. Npr. Izotopi vodika (H):1 1

H, protij

2 1

H,

3 1

H

deuterij

tricij

6

broj skupine broj periode

14 2

atomski broj (Z) elektronska konfiguracija vanjske ljuske

12,01 C 6 2s2 2p2

Ar - relativna atomska masa

Ar =

ma

12

ma C /1 2

simbol elementa

Elektronski omota atoma je izgraen od ELEKTRONA.Pretpostavka je da se elektroni nalaze na tono odreenim ENERGETSKIM RAZINAMA ili LJUSKAMA. Energetske razine ili ljuske u kojima se mogu nalaziti elektroni u atomu oznaavamo brojevima (n) od 1 do 7 ili slovima K, L, M, N, O, P i Q. Unutar ljuske elektroni su rasporeeni u ORBITALE oznaavamo slovima s, p, d i f. ili PODLJUSKE (l) koje

orbitala ili podljuska (l) broj orbitala

s 1

p 3

d 5

f 7

Shematski orbitale prikazujemo kvadratiem . U svakoj orbitali mogu se nalaziti po dva elektrona suprotnog spina.

7

paralelni poloaj

antiparalelni poloaj

Spin elektrona moe se protumaiti kao vrtnja elektrona oko vlastite osi.

STANJE ELEKTRONA U ATOMU ODREENO JE S ETIRI KVANTNA BROJA:

1. GLAVNI KVANTNI BROJ, n- opisuje ukupnu energiju elektrona (glavnienergijski nivo ili ljuska). n je broj ljuske (K, L, M, N, O, P, Q); n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

2. SPOREDNI KVANTNI BROJ, l- podljuska (oznaka: s, p, d, f).l odreuje broj energijskih podnivoa u jednoj ljusci s glavnim kvantnim brojem n (vrijednosti od 0 do n-1) .

3. MAGNETSKI KVANTNI BROJ (ml) povezan je magnetskim momentom elektrona. Poprima cjelobrojne vrijednosti od l do +l ukljuujui i 0 i odreuje broj orbitala. 4. KVANTNI BROJ SPINA (ms) oznauje vrtnju elektrona oko vlastite osi imoe poprimiti vrijednosti od 1/2 i +1/2 (paralelan i antiparalelan poloaj).

8

2 s2

2 p6

Raspored elektrona u atomu po energijskim razinama naziva se ELEKTRONSKA KONFIGURACIJA.

Elektronska konfiguracija svih ljuski. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. K - ljuska L ljuska M ljuska N ljuska O ljuska P ljuska Q ljuska 1 s2 2 s2 3 s2 4 s2 5 s2 6 s2 7 s2 2 p6 3 p6 4 p6 5 p6 6 p6 3 d10 4 d10 5 d10 6 d10 4 f14 5 f14

9

REDOSLIJED POPUNJAVANJA ORBITALA (pravilo dijagonale).1s2

2s2

2p 6

3s2

3p6

3d10

4s2

4p 6

4d10

4f 14

5s2

5p 6

5d10

5f14

6s2

6p6

6d10

7s2

GLAVNI KVANTNI BROJ, n (broj ljuske)

1.

K - ljuska

1 s2 SPOREDNI KVANTNI BROJ, l (oznaka podljuske )

2.

L ljuska

2 s2

2 p6

Hundovo pravilo-elektroni se razmjetaju unutar degeneriranih orbitala tako da broj nesparenih elektrona s paralelnim spinovima bude maksimalan. NE DA

10

Elektronska konfiguracija, energija vezanja i talita nekih metalaElement K Ca Ti Cr Fe Co Ni Cu Zn Elektronska konfiguracija 4s1 4s2 4s23d2 4s13d3 4s23d6 4s23d7 4s23d8 4s13d10 4s23d10 Energija vezanja, kJ/mol 89,6 177 473 398 418 383 423 339 131 Talite, C

63,5 851 1812 1903 1535 1490 1456 1083 419

STRUKTURA VRSTIH TVARI ovisi o:

1. VRSTI VEZA IZMEU STRUKTURNIH JEDINICA - strukturne jedinice: atomi, ioni, molekule, makromolekule.

2. SLAGANJU STRUKTURNIH JEDINICA:- kristalna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica dugog dosega), - amorfna struktura (pravilan raspored strukturnih jedinica kratkog dosega), - kombinacija kristalne i amorfne strukture, npr. polimeri, keramika.

11

ATOMI SE MEUSOBNO SPAJAJU ZATO TO INE ENERGIJSKI STABILNIJI SUSTAV . VALENCIJA je svojstvo atoma nekog elementa da se spaja s odreenim brojem atoma drugog elementa . ATOMI se mogu spajat meusobnim djelovanjem svojih VALENTNIH ELEKTRONA. Elektronegativnost je svojstvo atoma da privue na svoju stranu elektronski oblak nastao stvaranjem kemijske veze.

VEZE IZMEU ATOMA (PRIMARNE ili KEMIJSKE VEZE):1. IONSKA VEZA 2. KOVALENTNA VEZA 3. METALNA VEZA

VEZE IZMEU MOLEKULA (SEKUNDARNE ili FIZIKALNE): 1. STALNI (PERMANENTNI) DIPOLI 2. PROMJENJIVI DIPOLI

12

IONSKA VEZA- nastaje spajanjem ATOMA METALA s ATOMIMA NEMETALA. Kako nastaju ioni? METALI imaju malu energiju ionizacije i lako tvore POZITIVNE IONE koje nazivamo KATIONIbi

neutralni atompr

na

NEMETALI imaju veliki afinitet prema elektronu pa lako tvore NEGATIVNE IONE koje nazivamo ANIONI

ro kt ele je an im

gu

tak

ele k

tro

na

kation (+)

anion (-)

IONSKA VEZAvalentni elektron

IONSKA VEZA je veza koju uzrokuje elektrostatsko privlaenje suprotno nabijenih iona. Na+ 2s2 2p6 Cl- 3s2 3p6

13

IONSKA VEZA

Polumjer pozitivnog iona, KATIONA, uvijek je MANJI od polumjera njegovog atoma, jer je broj protona vei od broja elektrona pa jezgra jae privlai elektrone. Polumjer negativnog iona, ANIONA, neto je VEI od polumjera njegovog atoma, jer jezgra slabije privlai vei broj elektrona.

KOVALENTNA VEZANASTAJE PRI SPAJANJU ATOMA NEMETALA (diobom valentnih elektrone izmeu atoma, stvaranjem zajednikog elektronskog para ili vie). JEDNOSTRUKA KOVALENTNA VEZA:

DVOSTRUKA KOVALENTNA VEZA:

+TROSTRUKA KOVALENTNA VEZA:

14

METALNA VEZAELEKTRONSKI PLIN (slobodni valentni elektroni)

POZITIVNI METALNI IONI (jezgra + unutarnji elektroni)

VEZE IZMEU MOLEKULA (SEKUNDARNE ili FIZIKALNE):- nastaju uslijed POLARIZACIJE molekule.POLARNOST je posljedica razlike u ELEKTRONEGATIVNOSTI elemenata koji su povezani, ali i OBLIKA (GRAE) molekule. - mjera za POLARNOST MOLEKULE je DIPOLNI MOMENT ().

= q a (umnoak elektrinog naboja i udaljenosti razmaka izmeu pozitivnog i negativnog naboja)

a-q

+q

15

VEZE IZMEU MOLEKULA (SEKUNDARNE ili FIZIKALNE):A) STALNI (permanentni) DIPOLI + + 1. Van der Waalsova veza: H - Cl ...............H - Cl + - + + 2- + 2H F ....... H - F 2. Vodikova veza: H2O ........... H2OVODIKOVA VEZA javlja se izmeu MOLEKULA u kojima su vodikovi (H) atomi povezani s najjae elektronegativnim atomima, tj.