Нижегородский Государственный Технический Университет
Им. Р.Е. Алексеева
Лабораторная работа
«Введение в материаловедение»
Выполнил:
Студент гр. 11-Э-1
Щенникова К.В
Принял:
Богатырева А.В
Нижний Новгород 2012г.
Цель работы: изучить физико-химическое строение веществ и классификацию электромагнитных материалов
Часть I
Физико-химическое строение материалов
Дайте определения нижеприведенным понятиям и заполните следующие таблицы:
Атом - микрочастица вещества, состоящая из ядра(которое образуют протоны и нейтроны) и электронов.
Валентный электрон – электрон, находящийся на внешнем энергетическом уровне и принимающий участие в образовании химической связи.
Свободный электрон - электрон не имеющий связей с атомами, имеющий несколько состояний.
Молекула - более сложная микрочастица вещества, состоящая из атомов.
Ион - электрически заряженная частица, образующееся при потери или присоединение электрона атомом.
Химическая связь - взаимное притяжение атомов, приводящее к образованию молекул или кристаллов.
Виды химических связей
| Химическая связь | Определение | Вещества, обладающие данной связью | Особенности связи |
| ионная | возникает за счет электростатического притяжения между катионом и анионом. | ZnO, CdO, NiO, CuO2 | высокая температура плавления и кипения, термостойкость, сильная электропроводимость в растворах и расплавах |
| ковалентно-полярная | Если двухатомная молекула состоит из атомов различных элементов, то электронная пара может быть смещена к одному из атомов. В этом случае ковалентную связь называют полярной, а молекулы с полярной связью называют ковалентно-полярной. | О2, C2F4, С2Н4 | слабое смещение электронной пары и низкие температуры кипения и плавления |
| ковалентно-неполярная | Если двухатомная молекула состоит из атомов одного элемента (Н2, Сl2, N2), то электронная пара в одинаковой степени принадлежит обоим атомам. В таком случае молекулу и ковалентную связь называют неполярными и (или) нейтральными. | Н2, Сl2, N2 | смещения нет, т. к молекулы состоят из атомов, электроотрицательности которых незначительно отличаются. Молекулы не ионизируются в полярных растворителях, не электропроводимы, а также имеют низкие температуры кипения и плавления. |
| металлическая | химическая связь в металлах, обусловлена взаимодействием электронного газа (валентные электроны) с положительно заряженными ионами металла | все металлы:Cu, Fe, Al, Ru, Ce, Na, Mg, Be, Mg… | высокопроводимость, пластичность, твердость, высокая теплопроводность, прочность |
| водородная | Вид слабой химической связи между атомами водорода одной молекулы с электроотрицательными элементами (O,F,N) другой молекулы | H2O2CH3, 2CH3COOH | слабее ковалентной в 15-20 раз |
Виды веществ
| Вещества | Определение | Характерные особенности |
| Кристаллические | Вещества с закономерным упорядоченным расположением атомов или молекул в пространстве называют кристаллическими | Обладают определенной температурой плавления. |
| Аморфные | Вещества с беспорядочным расположением атомов или молекул | У них нет определенной температуры плавления, преимущественно жидкости и газы. |
| Аморфно- кристаллические | Вещества способные в некоторых областях самопроизвольно кристаллизоваться (ситаллы, кварцы, опал, жидкие кристаллы) | Могут изменять структуру с аморфной на кристаллическую |
Кристаллическая решетка – определенный порядок в пространственном размещении частиц.
Параметр кристаллической решетки - расстояние между ближайшими параллельными атомными плоскостями, образующими элементарную ячейку.
Виды кристаллических решеток
| Вид решетки | узлы | Химические связи между узлами | Характерные вещества |
| Кубическая объемоцентрированная | атомы | металлическая | Cr, V, W, α-железо |
| Кубическая гранецентрированная | атомы | металлическая | γ-железо, Al, Cu |
| Гексагональная | атомы | металлическая | Mg, Be |
Дефекты кристаллических решеток
| Название дефект | Определение | Причины возникновения | Графическое изображение |
| Точечные | Точечные несовершенства появляются в результате образования вакансий (атомных дырок) или внедрения атомов в междуузлие | . Причинами точечных несовершенств являются условия кристаллизации, наличие примесей в металлах и сплавах, неравномерное распределение энергии между атомами кристаллической решетки. | 
Точечные несовершенства:
1 – вакансия; 2 – дислоцированный атом; 3 – примесный атом
|
| Линейные | изменения структуры, протяженность которых в одном измерении гораздо больше, чем в двух других. Такие несовершенства называют дислокациями. | воздействиями на металл напряжений разного происхождения. При воздействии сосредоточенной нагрузки на некоторый участок происходит перераспределение напряжений в образце. Этот процесс сопровождается медленным сдвигом атомов. Граница между сдвинутыми участками и сохранившейся без изменения областью является дислокацией |  Линейные дислокации
|
| Поверхностные | значительными изменениями в двух измерениях. Примером поверхностного несовершенства является граница между кристаллами в реальных сплавах. | На границах блоков возникают напряжения, которые приводят к искажению кристаллической решетки. |  Поверхностные несовершенста (мозаичная структура кристалла)
|
| Объемные | Протяженность дефекта значительно во всех направлениях | Образуется в процессе производства слитков, отливов или при дальнейшей обработке этих полуфабрикатов |
Анизотропия кристалла - Изменение свойств кристаллов (металлов) в зависимости от направления
Изотропия кристалла - независимость свойств кристалла от направления, симметрия по отношению к выбору направления
Монокристаллические материалы - это однородные анизотропные тела, у которых атомы расположены по всему объему в правильном порядке. При этом сами атомы состоят из периодически повторяющихся одинаковых кристаллических ячеек.
Поликристаллические материалы - состоят из большого числа сросшихся между собой мелких кристаллических зерен (кристаллитов), которые хаотически ориентированы в разных направлениях.
Часть II