"MEDŽIAGŲ FIZIKOS"

KOLIOKVIUMO KONTROLINIAI KLAUSIMAI

1. Medžiagų klasifikavimas ( pagal struktūrą ir pagrindines savybes):1)metalai (naudojami gryni ir kai kuriu lydinių pavidalu, pritaikymai dažniausiai susiję su mechaninėmis arba elektrinėmis sąvybėmis) - jų pagrindines savybes apsprendžia laisvieji elektronai;2)keraminės medžiagos- tai metalų ir nemetalų junginiai (oksidai, karbidai, mitridai). Pvz. molis, cementas, stiklas labai plačiai naudojami. Keraminių medžiagų pritaikymas paremtas jų savybėmis blogai praleisti elektrą ir šilumą (izoliatoriai) bei atsparumu aplinkos poveikiui (lėtai degraduoja). Tai paprastai kietos, bet trapios medžiagos (degtas molis, cementas, stiklas);3)polimerai . Tai yra organiniai C, H ir nemetalų junginiai, turintys dideles molekules (didelis atomų skaičius molekulėje); pvz.-visos plastmasės ir gumos. Polimerų panaudojimas paremtas tuo, kad jie yra palyginti lengvi ir priklausomai nuo struktūros arba tvirti arba lankstūs. Polimerinės medžiagos taip pat yra atsparios aplinkos poveikiui;4)puslaidinkiai-tai medžiagos, turinčios tarpines elektrines savybes tarp metalų ir dielektrikų (keraminių medžiagų), kurios labai jautrios priemaišoms ir įvairiems išoriniams poveikiams. Daugiausia naudojamos elektronikoje ir kompiuterių pramonėje;5)sudėtinės (kompozitinės) medžiagos. Tai nevientisos medžiagos, bet sudarytos iš kelių skirtingų medžiagų ir apjungiančios jų geriausias savybes. Pvz. stiklo audinys, sudarytas iš stiklo siūlų aplietų polimerais – jis ir tvirtas , ir lankstus;6)biologinės medžiagos, arba biomedžiagos, kurios skirtos implantuoti į žmogaus kūną. Tai gali būti bet kuri iš prie tai paminėtų 5 medžiagų kategorijų. Jos turi būti netoksiškos ir suderinamos su žmonių audiniais;7)naujausių technologijų medžiagos. Joms būdingos unikalios savybės. Paprastai jų gamyba brangi, todėl plačiai netaikoma (karinė, kosmoso, kompiuterinė technika). Pvz. Optinės, magnetinės informacijos laikmenų dangos ar keraminės šilumą izoliuojančios dangos.

2. Medžiagų struktūros klasifikavimas Struktūra-tai tiriamo objekto sudėtinių dalių išdėstymas (ir sąveika). Struktūra gali būti :• Atominė - sudėtinių dalių matmenys ~nm;• Mikroskopinė - sudėtinių dalių matmenys ~μm (kristalitai, grūdai lydiniuose);• Makroskopinė-sudėtinių dalių matmenys ~ mm.Klasifikuojamos į:a) kristalinės;b) polikristalinės;c) amorfinės

3. Medžiagų savybių kategorijos Medžiagos savybe vadiname medžiagos reakciją (kokybiniu bei kiekybiniu požiūriu) į išorinį poveikį;•Mechaninės savybės (kietumas, trapumas, stangrumas);•Šiluminės savybės (savitoji šiluma, šilumos laidumas);•Elektrinės savybės (elektrinis laidumas, izoliacinės savybės);•Magnetinės savybės (kaip jos stiprina ar silpnina išorinį magnetinį lauką), įsimagnetinimas;•Optinės savybės- skaidrumas, atspindys, šviesos lūžimas ir sugėrimas;•Cheminės savybės.

4. Rezerfordo atominio modelio aiškinimas Pagal šį modelį atomo sandara panaši į Saulės sistemos: apie teigiamą branduolį, kurį sudaro nukleonai (protonai ir neutronai), skrieja neigiami elektronai. Nors branduolys mažas (skersmuo ~10 -15m) palyginus su visu atomu (skersmuo ~10-10m), jame sukaupta pagrindinėatomo masė (virš 99 proc.) Kiekybiškai atomo sandara nusakoma dviem parametrais:• Z – atomo eilės numeris• A – atomo masė (atominiais masės vienetais).Gamtoje sutinkamiems atomams šie parametrai gali įgauti reikšmes Z=1…~110, A=1…~300.Pagal parametrus Z ir A galima rasti atomo sudėtinių dalių skaičių:• Np= Z – protonų skaičius branduolyje• Nn= A-Np– neutronų skaičius branduolyje (nes A ≈ Np+Nn) • Ne= Z – elektronų skaičiusModelio trūkumas: pagal planetinį atomo modelį, atomai turėtų būti nestabilūs, nes elektronai juda su pagreičiu, todėl praranda energiją ir galiausiai turėtų nukristi ant branduolio. Eksperimentas tai paneigia.

5. Boro modelio aiškinimas Jis patikslina planetinį modelį ir yra paremtas sekančiais postulatais:1.Egzistuoja stabilios elektronų orbitos, kuriomis judėdamas elektronas nespinduliuoja energijos.2.Elektrono energija gali kisti tik šuoliškai ir išspinduliuojant ar sugeriant energijos kvantą:

En−Em=hυModelio trūkumas: modelis tiksliai aprašo tik paprasčiausius atomus, turinčius nedaug elektronų.

s

 

p

 

d

6. Kvantiniai skaičiai, elektronų konfigūracija ir žymėjimas Elektronų būsena atome nusakoma bangine funkcija ψnlms ⇒ arba praktiniu požiūriu kvantiniais skaičiais n, l, m, ms

n – pagrindinis kvantinis skaičius – parodo energijos lygmenį, n= 1, 2, …,.Sluoksnyje maksimaliai gali būti 2n2 el. l – orbitinis kvantinis skaičius – nusako orbitinį impulso momentą, l = 0, 1, 2, …, n-1.Orbitalės:

s- daugiausia 2el. s2

p- daugiausia 6el. p6

d- daugiausia 10el. d10

f- daugiausia 14el. f14

g- daugiausia 18el. g18

m – magnetinis kvantinis skaičius – parodo magnetinio momento orientaciją, m = -l, -l+1, …, 0, …, l. m=2 l+1 (parodo langelių skaičių);ms– sukinio magnetinis kvantinis skaičius– parodo sukinio orientaciją, ms= ± ½.(½,tada↑;-½, tada↓)Dvi vienodos elementariosios dalelės yra absoliučiai identiškos būsenos, jei jų visi kvantiniai skaičiai yra vienodi. Kadangi vienodos rūšies dalelės absoliučiai identiškos, tai jas sukeitus vietomis, to mes praktiškai nepastebėsime. Iš čia seka Paulio draudimo principas: Du elektronai, priklausantys tai pačiai sistemai (sąveikaujantys tarpusavyje) negali turėti visų vienodų kvantinių skaičių.

7. Periodinė elementų sistemos aiškinimas Iš Paulio principo bei minimalios energijos principo seka, kad didėjant Z (elektronų skaičiui), periodiškai kartojasi:•cheminės;•elektrinės;•magnetinės;•optinės;•šiluminės;•mechaninės ir kitos atomų bei medžiagų savybės, kurios yra apsprendžiamos atomo išorinių elektronų būsena (jų kvantinis skaičius n turi maksimalią reikšmę).Pagal išorinių sluoksnių užpildymą elektronais ir pagal jų ryšio energijas atomai skirstomi į:•Metalus (žemos ryšio energijos reikšmės) ;•Nemetalus (aukštos ryšio energijos reikšmės) ;•Pereinamuosius (tarpinių savybių) elementus.Visus atomus galima suskirstyti į 7 eilutes (pagal kvantinio skaičiaus n max reikšmes), bei 18 stulpelių arba grupių (pagal išorinio posluoksnio elektronų panašias būsenas). Skiriamos 8 pagrindinės grupės (A), kai “nauji” elektronai užpildo išorinius posluoksnius ir 10 šalutinių grupių (B), kai “nauji” elektronai užpildo vidinius posluoksnius, t.y. padidėjus elektronų skaičiui, atomo savybės kinta ne taip ženkliai. Aktinoidai ir lantanoidai– vaizduojami sistemoje vienu elementu, nes skiriasi elektronų būsena tik labai giliuose posluoksniuose, o dauguma savybių labai panašios.Periodinės sistemos kairėse grupėse išdėstyti metalai, dešinėse –nemetalai, per vidurį kairėje –pereinami elementai, o per vidurį dešinėje – puslaidininkiai. Slenkant iš kairės i dešinę elektroneigiamumas mažėja.

8. Molekulės susidarymo aiškinimas Paprasčiausia molekulė sudaroma susijungus dviem vandenilio atomams – dviatomė vandenilio molekulė.Kadangi jų perskyrimas mažėja, kiekvienas elektronas jaučia dvi naujas piešingas jėgas: trauką prie kito banduolio ir stūmą nuo kito elektrono. Trauka yra didesnė, o stūma maža, jei elektronai turi piešingus sukinius. Atomaio artėja vienas prie kito tol, kol kiekvieno elektrono debesėlis apsupa abu branduolius. Glaudesnis priartėjimas neįmanomas, nes stūma tarp dviejų branduolių būtų per didelė. Pusiausvyrajame nuotolyje yra tikslus balansas tarp elektronų traukos ir atomo stūmos. Atomams artėjant vienas prie kito, tiek traukos, tiek stūmos jėgos didėja, stūmos-šiek tiek lėčiau. Priartėjus, stūmos jėga greitai didėja, kol susilygina su traukos jėga, ir tada molekulė yra pusiausvyroje.

Sunkesniuse atomuose stūmos jėga didėja esant trumpiems nuotoliams dėl uždarų vidinių sluoksnių, nenoro persidengti. Pusiausvyras nuotolis dažniausiai nustatomas pagal vidinio branduolio spindulį, ir molekulė yra labai panaši į porą beveik nejudančių, kartu suklijuotų sferų.

9. Potencialo duobės ir jos sričių aiškinimas; Potencinės energijos priklausomybė nuo atstumo tarp dalelių yra duobės pavidalo ir vadinama potencialo duobe. Duobės gylis – tai energija, kurią reikia panaudoti norint padidinti atstumą tarp dalelių nuo r1 iki r3 ar daugiau. 1 sritis. Atstumai tarp dalelių 10 ir daugiau kartų didesni už tipinį dalelės spindulį, siekiantį 2*10-10 m. Sąveikos jėgos nykstamai mažos ir kreivė yra arti potencinės energijos nulinio lygmens. Tokia būsena vadinama deagreguota.2 sritis. Dalelės priartėja viena prie kitos tiek, kad tarp jų atsiranda žymios sąveikos jėgos, mažinančios potencinę energiją. Srities 2 kairėje pusėje dalelės beveik susiliečia. Čia traukos jėgos yra maksimalios, o potencinė energija minimali. Pasiekiama agreguota būsena. 3 sritis. Šioje srityje, mažėjant r, potencinė energija labai sparčiai

didėja. Sąveikaujančių dalelių elektronų debesėliai persidengia. Kadangi elektronai vienas kitą stumia, tai, persidengus elektronų debesėliams, tarp dalelių ima veikti stūmos jėga.

10. Atomų sąveikos ir susidariusių ryšių skirstymas; Skiriami pirminiai ir antriniai ryšiaiPirminiai ryšiai susidaro dėl atskirų atomų sąveikos, jie sąlygoja molekulių ar kristalų susidarymą bei pagrindines medžiagos savybes. Yra trys pagrindinės pirminio atominio ryšio rūšys :

Joninis Kovalentinis Metalinis (gali būti dar ir ryšiai su tarpinėmis sąvybėmis)

Antriniai ryšiai- tai (silpnesni už pirminius) ryšiai tarp molekulių arba atomų grupių, sąlygojantys tik kai kurias medžiagos savybes.

11. Joninių ryšių susidarymo ir pagrindinių savybių aiškinimas; Joninis ryšys susidaro tarp pakankamai skirtingos sandaros atomų, t.y. kai sąveikaujančių atomų

elektroneigiamumų (potencialinės duobės gylių) skirtumas yra

Atomai molekulėje išsidėsto atstumu ro taip, kad bendra molekulės energija būtų mažiausia. Joniniam ryšiui šis atstumas yra ro=0,1nm eilės. Potencialinės duobės gylis nusako ryšio energiją Er. Šarminis metalas labai lengvai praranda savo valentinį elektroną, VII grupės elementas labai lengvai jį prisijungia. Kiekvieno natrio atomo valentinis elektronas lengvai perkeliamas į chloro atomą, tuo pačiu abu atomai tampa stabilesni.Tarp jonų

atsiranda elektrostatinė trauka, kuri juos vis labiau artina, kol elektronų debesėliai persidengia.Tad atsiranda stipri stūmos jėga, Kuri atsveria traukos jėgą.Ryšio savybės:

Joninio ryšio Er= 3 …8 eV/atom tlyd.=800oC…3000oC Blogas elektrinis laidumas kietoje būsenoje,geras skystoje. Dažniausiai jos yra kietos kristalinės būsenos

12. Kovalentinių ryšių susidarymo ir pagrindinių savybių aiškinimas;

Taip surišti atomai tarsi “dalinasi” savo išoriniais elektronais. Ryšio susidarymas ir energija iš esmės priklauso nuo bendrų elektronų sukinių orientacijos. (ro - stabilus tarpatominis atstumas, Er. - ryšio energija). Periodinės lentelės centrinių grupių, ypač IV, elementai nėra lengvai jonizuojami. Yra galimybė kiekvienam atomui užpildyti savo išorinį sluoksnį, tačiau elektronais reikia dalintis su kitais atomais.

Er= 2…7 eV/atom, tlyd.=270oC…3550oC Kovalentinis ryšys yra pats stipriausias Kartotinis kovalentinis ryšys (-C=C-) yra silpnesnis nei vienetinis (-C-C-). Medžiagoms, kurių atomai surišti kovalentiniu ryšiu, būdingas blogas elektrinis bei šiluminis laidumas

13. Metalinių ryšių susidarymo ir pagrindinių savybių aiškinimas Metalinis ryšys susidaro tarp vienodų ar net kai kurių skirtingų metalų atomų, t.y. kai sąveikaujančių atomų elektroneigiamumai (potencialinės duobės gyliai) nedideli.Sąveikaujant metalo atomams jų išorinio posluoksnio elektronai nebebūna priklausomi vienam ar kitam atomui, jie būna pasklidę po visą medžiagos tūrį, sakoma kad susidaro elektroninės dujos, kurios “suriša” teigiamus jonus.Savybės:

Er= 0,7…8,8 eV/atom, tlyd.=-39oC(Hg)…3410oC(W) Geras elektrinis bei šiluminis laidumas, Paprastai yra kietos kristalinės būsenos.

14. Antrinių ryšių susidarymo ir pagrindinių savybių aiškinimas 1)Van der Valso ryšys. Kai du atomai artėja vienas prie kito, kiekvieno jų greitai kintantis dipolio momentas įtakoja elektronų judėjimą kitame atome, ir jų pokyčiai yra panašūs, gaminama žemesnioji energija (t.y. traukos energija). Ši jėga aiškiai veikia per didesnius nuotolius, kadangi elektronų debesėliams nereikia persidengti. Ji jaučiama netgi dujinėje būsenoje ir sukelia nuokrypius nuo idealiųjų dujų taisyklių.Savybės:

Er= 0,08…0,3 eV/atom, tvir.=-200oC(H2)…-100oC (Cl2).

2) Vandenilinis ryšys– tai sąveika tarp pastovių elektrinių dipolių. Susidarymas analogiškas Van der Valso ryšiui, tačiau vandenilio molekulės yra labai mažos, dėl to jos labai lengvai sugeba priartėti prie jonų ir sukurti daug patvaresnį ryšį.Savybės:

Er= 0,3…0,5 eV/atom, tlyd =-78oC…0oC (H2O).

15. Pagrindinės medžiagų būsenos ir jų aiškinimas;

Temperatūrai didėjant kiekviena medžiaga nuosekliai pereina keturias pagrindines būsenas: • kietas kūnas• skystis• dujos• plazmaSkysčiui auštant ir virstant kietu kūnu galimos trys pagrindinės struktūrinių virsmų rūšys, kurių eigoje susidaro:• amorfinis kietas kūnas• kristalinis (monokristalinis) kietas kūnas• polikristalinis kietas kūnas

16. Kieto kūno būsenų skirstymas bei jų palyginimas; 1) Amorfinis kietas kūnas - Nėra tolimosios atomų išsidėstymo tvarkos, būdinga savybių izotropija.2) Kristalinėse medžiagos - yra tolimoji atomų išsidėstymo tvarka, būdinga savybių anizotropija.17. Kristalinių medžiagų klasifikavimas ir kristalinės gardelės sąvoka? 1) Kristalinis (monokristalinis) kietas kūnas - visas kietos medžiagos tūris turi vientisą struktūrą (įmanoma tik idealiomis sąlygomis). 2) Polikristalinis kietas kūnas - sudarytas iš daug atsitiktinai orientuotų ir atskirų grūdėtomis sienelėmis grūdelių (kristalitų).Kristalinė gardelė - geometrinė konstrukcija, nusakanti atomų centrų padėtis ir apibūdinanti medžiagos tolimąją tvarką.

18. Kristalografinių sistemų tipai? Pagal elementariojo narvelio formą visi kristalai skirstomi į septynias kristalografines sistemas:

1.Kubinę. 2. Tetragoninę arba kvadratinę .

a=b=c ir === 90

a=bc ir === 90.

3. Heksagoninę . 4. Trigoninę

a1=a2=a3=ac ir ==90 ir =120 a=b=c ir ==90

5. Rombinę 6. Monoklininę

abc ir === 90 abc, == 90, 90

7. Triklininę .

abc, 90

-

19. Paaiškinti kaip gaunami plokštumos Milerio indeksas (pvz.: 1 03 );

Milerio indeksai - tai skaičiai n1, n2, n3 , apibūdinantys erdvinės gardelės mazgus, per kuriuos eina žymimos plokštumos.

Kai kurių plokštumų milerio indeksai

Tarkime, kad norime aprašyti plokštumą, tokią kaip parodyta tamsiau paveiksle, kuri eina per atskirų gardelės atomų centrus. Jei ji kerta ašis nuotoliais x1, y1 ir z1 nuo pradžios, tai šios trys atkarpos yra charakteringos šiai vienai plokštumai. Parodytu atveju jų dydžiai yra atitinkamai 1, 2 ir 2/3. Mes imame jų atvirkštinius dydžius ir išreiškiame juos panašiomis trupmenomis; taigi atvirkštiniai dydžiai 1, 1/2 ir 3/2 gali būti išreikšti kaip 2/2, 1/2 ir 3/2. Šių trupmenų skaitikliai yra plokštumos Milerio indeksai. Paprastai jie rašomi skliausteliuose, taigi, žymima (213) plokštuma (tariama „du vienas trys plokštuma“)

Norėdami parodyti, kad panaši į pasirinktąją plokštuma turi identiškus Milerio indeksus, aptarsime plokštumą pav., lygiagrečią tamsiai pavaizduotajai, kuri eina per atomą, pažymėtą B. Atkarpos, kurias ši plokštuma atkerta x, y ir z ašyse, yra atitinkamai 1/2, 1 ir 1/3, kurie, kadangi nei vienas nėra trupmena, taip pat yra ir šios plokštumos Milerio indeksai. Taigi, visos panašios plokštumos yra (213) plokštumos.

Bet kuri atkarpa ir jos Milerio indeksas gali būti neigiamas. Neigiamas ženklas žymimas brūkšneliu virš indekso. (213) plokštuma ašyse gali atkirsti atkarpas +1/2, +1 ir –1/3. Jei plokštuma lygiagreti ašiai, atitinkamai atkarpa yra begalinio ilgio, o Milerio indeksas yra nulis.

20. Mazgų, krypčių ir plokštumų žymėjimas kristalografijoje?

Mazgo kristalografiniai indeksaiSu gardelės narvelio briaunomis paprastai sutapdinamos koordinačių ašys. Tada paprastosios gardelės mazgų koordinatės išreiškiamos taip:

m, n ir p – mazgo kristalografiniai indeksai, sveikieji skaičiai.Jie rašomi dvigubuose laužtiniuose skliaustuose: [[mnp]]

Krypties indeksaiKryptį visiškai nusako indeksas pirmojo mazgo, per kurį eina spindulys. Krypties indeksas užrašomas taip: [uvw].

z=pcy=nbx=ma

Plokštumos indeksaiJei plokštuma koordinačių ašyse atkerta atkarpas ma, nb, pc, tai jos lygtį galima užrašyti šitaip:

Sveikieji skaičiai h, k, l, kurių santykiai h:k:l=(1/m):(1/n):(1/p), vadinami plokštumos indeksais. Plokštuma žymima (hkl), lygiagretės plokštumos žymimos {hkl}.

21. Cheminių ryšių tipai kristaluose Joniniai kristalai - ryšį sudaro dauguma periodinės sistemos pirmųjų trijų grupių elementų (metalų) su daugeliu trijų paskutinių grupių elementų (nemetalų). Toks ryšys susidaro dėl atomų tendencijos sudaryti visiškai užpildyto išorinio elektronų sluoksnio s ir p posluoksnius, nes energetiniu požiūriu tai taupiausia (minimali atomo energija). Joninis ryšys yra nesotusis, t. y. kiekvienas jonas sąveikauja su bet kokiu jonų skaičiumi.Joninio ryšio specifinė energija yra gana didelė, todėl joniniai kristalai pasižymi aukšta lydymosi temperatūra. Daugelis joniniu kristalų yra skaidrūs, diamagnetikai ir žemose temperatūrose — dielektrikai. Aukštose temperatūrose dalis jonų pasidaro laisvi ir dėl to elektriniame lauke stebimas joninio tipo elektrinis laidumas.

Kovalentiniai kristalai - Šiuose kristaluose atomus sieja kvantmechanis ryšys, vadinamas valentiniu arba kovalentiniu. Jo esmė yra tokia: atomui energetiškai palankiausia būsena yra ta, kai elektronų išorinio sluoksnio s ir p posluoksniai yra visiškai užpildyti, t. y. sudaro konfigūraciją ns2np6.Metališkasis kristalas - valentiniai elektronai nelokalizuoii atomuose, o priklauso visam kristalui. Esantys tarp teigiamųjų atomo kamienų elektronai traukia juos vieną prie kito, taip sudarydami metališkąjį ryšį. Tuo jis panašus į kovalentinį ryšį. Kiekvienas metalo atomas kristale apsuptas kiek įmanoma didesniu kaimynų skaičiumi. Tai rodo, kad metališkasis ryšys, kaip ir joninis, yra nesotusis. Dėl šio ryšio metalai pasižymi ne tik geru elektriniu bei šiluminiu laidumu, bet ir kalumu.Molekulinis ryšys - Kristalus, kurių struktūrinės dalelės yra molekulės, vadiname molekuliniais. Tokie yra inertinių dujų (He, Ne, Ar, Xe, Rn), vandenilio (H2), azoto (N2), deguonies (O2) ir daugumos organinių medžiagų kristalai. Visų jų kristalinės gardelės mazguose yra elektriškai neutralios molekulės. Tačiau tarp molekulių veikia elektromagnetinės prigimties van der Valso traukos jėgos. Jos būna orientacinės, indukcinės ir dispersinės. Kristalai, kuriuose esminiai yra ir kovalentiniai, ir molekuliniai ryšiai, vadinami molekuliniais-valentiniais kristalais. Jų pavyzdys — anglies struktūrinė modifikacija, vadinama grafitu.

22. Defektų klasifikacija ir jų aiškinimas;

Defektai - tai kieto kūno struktūros nukrypimas nuo idealios kristalinės struktūros. Jie paprastai klasifikuojami pagal jų geometriją (išsidėstymą) ir matmenis.Defektai skirstomi į dinaminius ir statinius.Dinaminiai defektai pasireiškia dėl kristalinės gardelės mazgų šiluminių virpesių apie pusiausvyros padėtis. Įrodoma, kad kristalo gardelės virpesių energiją galima išreikšti normaliųjų (nepriklausomų) virpesių energijų suma:

čia wi – normaliųjų i-ojo tipo virpesių dažnis, h - Planko konstanta, ni – sveikasis skaičius.Tam tikro tipo virpesių energija gali keistis tik kvantais hwi, kurie vadinami fononais. Fononą galima laikyti kvazidalele. Remiantis fonono sąvoka, kristalą galima nagrinėti kaip kvazidalelių – fononų – sistemą, kurios energija lygi kietojo kūno virpesių energijai.

23. Taškiniai defektai, klasifikacija ir pagrindinės savybės; Taškiniai defektai atitinka paprasčiausius struktūros nukrypimus nuo idealios. Jie būna dviejų rūšių :1. Vakansijos - atomų trūkumai palyginus su idealia gardele2. Tarpmazgiai - pertekliniai atomai palyginus su idealia gardelePav. parodyti įvairūs kristale galintys egzistuoti taškiniai defektai. Jie visi aprašomi turint atomo matmenis visomis kryptimis. Kaip matėme iš paveikslo, svetimas atomas (tirpinys), ar tai būtų priemaišinis atomas, ar specialus lydymo priedas, gali užimti vieną ar dvi skirtingas vietas kristale. Jeigu tirpinys pakeičia pirminės medžiagos atomą (tirpiklį), jis vadinamas pakaitiniu atomu; o jeigu užima angą arba tarpą pirminėje gardelėje, jis yra vadinamas

xm

+yn

+zp

=1 ;

hx+ky+lz=D ;

W k=∑i

hwi (ni+12 )

įterptiniu atomu. Kurį iš šių būdų tirpinio atomas pasirenka, priklauso nuo jo dydžio lyginant su tirpiklio atomais – kuo mažesnis tirpinio atomas, tuo didesnė tikimybė, kad jis taps įterpiniu. Taškinių defektų savybės: 1. Vakansija susidaro, kai gardelėje trūksta atomo (gardelės mazguose). Kristalinės gardelės vieta, aplink vakansiją yra “minkštesnė” ir todėl gardelė suspaudžiama. 2. Tarpmazgis susidaro, kai papildomas atomas “įterpiamas” į gardelės elementarųjį narvelį (tarp gardelės mazgų). Aplink tą vietą tarpatominiai ryšiai įsitempia ir kristalinė gardelė “išsipučia”.Pagal tai kokio tipo atomą įterpiame į kristalinę gardelę tarpmazgiai skirstomi į :

savuosius (įterptas tos pačios rūšies atomas); priemaišinius (įterpiamas pašalinis atomas, kurio grynoje medžiagoje nebūna); pakaitinius (būdingi lydiniams).

Pastaba. Susidarant lydiniams gali būti išlaikyta originali medžiagos kristalinė struktūra, jei abiejų elementų atomai turi vienodus spindulius ir vienodus arba artimus elektroneigiamumus, taip pat elementai turi vienodą kristalinę struktūrą ir valentingumą.

Vakancijų skaičius Nv, didėjant absoliutinei temperatūrai T, eksponentiškai didėja. Priklausomybę kiekybiškai aprašo Bolcmano pasiskirstymas:

24. Linijiniai defektai, klasifikacija ir pagrindinės savybės;

Linijiniai defektai (dislokacijos) – nukrypimai nuo idealios kristalinės struktūros išsidėstę išilgai kažkokios linijos, t.y. nelokalizuoti viename taške. Jie atitinka sudėtingesnę struktūrą nei taškiniai defektai. Skiriami keli linijinių defektų atvejai: 1. kraštinė dislokacija; 2. sraigtinė dislokacija.

Kristalizacija realiai vyksta esant tam tikriems išorinių sąlygų gradientams, t.y. dėl skirtingų sąlygų įvairiuose erdvės taškuose formuojasi kristalinė gardelė su skirtingais parametrais (pvz. atstumai tarp atomų plokštumų). Kristalizacijos proceso eigoje šios sritys suartėja ir ima liestis. Tarp suartėjusių atomų (atominių plokštumų) susidaro ryšiai, tačiau kai kurios plokštumos gali likti nesurištos. Tada susidaro linijinis defektas - kraštinė dislokacija.

Tačiau linijiniai defektai nebūtinai turi tiesės formą. Praktikoje be tiesių pasitaiko ir laužytos (sraigtinės) defektų išsidėstymo linijos. Tai panašu į trimatę konstrukciją, kai paviršius auga tarsi sraigtiniai laiptai.Galimos ir kombinuotos dislokacijos, turinčios tarpinių savybių.Dislokacijos apima kelių šimtų ar tūkstančių gardelės periodų sritis.Kristalo viduje nutrūkus vienai kristalo atominei plokštumai, susidaro kraštinė dislokacija, kurios ašis yra atominės pusplokštumės kraštas AB.

Dėl vienos kristalo dalies šlyties kitos kristalo dalies atžvilgiu atsiranda sraigtinė dislokacija. Sraigtinės dislokacijos atveju atominės plokštumos susijungia, sudarydamos sraigtinį paviršių. Aplink sraigtinės dislokacijos ašį AB plokštuma kyla arba leidžiasi sraigto žingsniu, lygiu atstumui tarp atominių plokštumų. Ryšiai kristale gerokai iškraipomi tik prie pačios dislokacijos. Tolstant nuo jos, kristalinė gardelė vis labiau artėja prie nesutrikdytos. Dislokacijos gali susikurti natūraliai formuojantis kristalui ar mechaniškai deformuojant kristalinį kūną. Judėdamos kristale jos užtikrina didesnį kristalų plastiškumą.

25. Paviršiniai ir tūriniai defektai, klasifikacija ir pagrindinės savybės;

Paviršiniai defektai - tai defektai, kurie išsidėstę medžiagų paviršiuose (išoriniame ar vidiniuose). Paviršiniai defektai gali susidaryti ir kieto kūno viduje. Pvz. formuojantis polikristalinei medžiagai, dėl skirtingų išorinių sąlygų gaunamos kristalitų ribos, kurios yra paviršiniai defektai. Dvimačiai, arba paviršiniai defektai atsiranda dėl kristalo periodinės struktūros nutrūkimo kristalo paviršiuje. Kita paviršinių defektų priežastis – kristalo paviršinio sluoksnio užteršimas, veikiant deguoniui, vandens garams ir kitiems aplinkos veiksniams. Galimi ir vidiniai paviršiniai defektai polikristalus sudarančių monokristalinių grūdelių paviršiuose.

Tūriniai defektai - tai defektai, kurie išsidėstę tam tikrame tūryje (erdvinėje srityje):• poros (tuštumos ar “oro burbuliukai”) kietajame kūne, kurios galėjo susiformuoti dėl skirtingų išorinių sąlygų (pvz. slėgio)• įtrūkimai – dėl mechaninio poveikio• kitų medžiagų intarpai.

Kraštinė (a) ir sraigtinė (b) dislokacijos

NV =NS exp(− Em

kT )

Šiluminio judėjimo defektas - Dėl šiluminio judėjimo atomai ne stovi vietoje, o svyruoja apie pusiausviros padėtį. Dėl to laikui bėgant gali pakisti atomų padėtys ar atstumas tarp jų. Tai turi įtakos ir kitiems defektams.

26. Cheminių reakcijų savybės ir praktinis panaudojimas;

Cheminės reakcijos nusako galimus medžiagų tarpusavio virsmus (atominiame lygmenyje - tarpatominių ryšių pasikeitimą).

Cheminės reakcijos lygtis:aA+bBcC+dD

Ji parodo kad dėl medžiagų (molekulių) A ir B cheminės sąveikos jos virsta medžiagomis (molekulėmis) C ir D. Koeficientai a, b, c, d nurodo reaguojančių ir susidarančių molekulių kiekius. Lygtis - tai tartum atominių ryšių “perkonstravimo” algoritmas.

Cheminių reakcijų savybės:

1. Reakcijos greitis priklauso nuo reaguojančių medžiagų (dujinės ar skystos būsenos) koncentracijų

v= dm/dt = k[A]a[B]b ,k = const.2. Reakcijos greitis stipriai priklauso nuo temperatūros

v=v0exp(-Ea/kT) čia Ea~40kJ/mol - (laikinos tarpinės būsenos) aktyvacijos energija 3. Reakcijos greitis gali būti keičiamas, naudojant medžiagas sumažinančias (katalizatoriai) arba padidinančias (inhibitoriai) aktyvacijos energiją.4. Reakcijos grįžtamumas aA+bB cC+dD 5. Reakcijos šiluminis efektas: aA+bBcC+dD+Q

a) šiluma išskiriama – egzoterminės reakcijos metu, pvz: 2CH2+3O2 2CO2+H2O+890kJ/mol

b) šiluma sugeriama - endoterminės reakcijos metu, pvz: C+2S CS2-89kJ/mol

27. Mechaninių poveikių skirstymas, jų aiškinimas bei kiekybinis apibūdinimas;

Mechaninės medžiagų savybės nusako reakciją į tam tikrą išorinį mechaninį poveikį.Jos pasireiškia kaip tarpatominių atstumų bei atomų išsidėstymo kitimas dėl išorinių jėgų poveikio - deformacijos.Mechaniniai poveikiai ir jų sukeliamos deformacijos kokybiškai skirstomi į: 1.Tempimas 2.Gniuždymas

Šių dviejų mechaninių poveikių metu kinta kūno tūris, o atominiame lygmenyje kinta atstumai tarp atomų. 3.Šlytis1-2 rūšies deformacijose kūno forma išlikdavo, kisdavo tik tūris, šiuo atveju kinta ir forma. Atominiame lygmenyje slenka tarpatominės plokštumos.

4. SąsūkaNekinta nei tūris, nei forma. Atominiame lygmenyje įvairiose atominės plokštumos pasisuka viena kitos atžvilgiu.

S

F28. Mechaninių deformacijų skirstymas, jų aiškinimas bei kiekybinis apibūdinimas;

Mechaninis poveikis priklauso nuo veikiančios jėgos dydžio F (tiksliau tai dviejų priešingos krypties vienodų jėgų dydžiai). • Atominiame lygmenyje – tai išorinis poveikis, perduodamas vienam atomui. Jo stiprumas priklauso nuo to, kokią bendros jėgos F dalį gauna kiekvienas atomas.• Praktikoje mechaninis poveikis nusakomas jėga, veikiančia skerspjūvio ploto vienetą mechaniniu įtempimu.

• MECHANINIŲ DEFORMACIJŲ KIEKYBINIS APIBŪDINIMAS: Kūno geometrinių matmenų pokyčiai dėl mechaninio poveikio vadinami deformacijomis.• Makroskopiniu požiūriu deformacija apibūdinama kūno matmenų pokyčiu Δl.• Atominiame lygmenyje deformacija nusako tarpatominių atstumų pokytį, t.y. vienam atomui

tenkančią bendros deformacijos Δl dalį.• Praktikoje naudojama santykinė deformacija Δl, nusakanti santykinį kūno matmenų pokytį: l - pradinis kūno ilgis l

l