3 JW 2. Struktura materiałów 2.1. Budowa atomu Każdy przedmiot, zarówno wytworzony przez przyrodę, jak i będący dziełem pracy ludzkiej, utworzony jest z materii, która za pomocą procesów chemicznych lub fizycznych można rozłożyć na proste składniki, zwane pierwiastkami. Składniki te nie ulegają zmianie w żadnych reakcjach chemicznych. Najmniejsza cząstka pierwiastka jest atom, będący skupieniem jeszcze drobniejszych cząstek materii, zwanych elementarnymi. Cząstkami tymi są elektrony, protony i neutrony. Teorię budowy pojedynczego izolowanego atomu opracowano z wykorzystaniem mechaniki falowej. Mechanika falowa umożliwia opisanie zachowania się elektronów w atomach i kryształach. Każdy atom składa się z części wewnętrznej, tj. tzw. jądra i części zewnętrznej - powłok elektronowych. Średnice wszystkich atomów są bardzo małe i zawierają się w granicach od 0,106 nm dla azotu do 0,58 nm dla fransu. Znacznie mniejsze rozmiary maja jądra atomów zbudowane z protonów i neutronów (średnice rzędu 0,0001 nm), a najmniejsze są średnice elektronów, które zawsze wynoszą 0,000 002 8 nm, czyli 2,8 • 10-12 mm. Podstawowa cecha atomu jest jego masa atomowa (ciężar atomowy), wyrażona jednostką względna w stosunku do 1/16 masy atomu tlenu (umownie przyjęto masę jednego atomu tlenu na 16 jednostek). Praktycznie za masę atomu przyjmuje się masę jego jądra (tj. protonów i neutronów) gdyż masa elektronów jest bardzo mała i wynosi 9,009 • 10-28 g, tzn. 0,000 55 część masy atomu wodoru. Masa protonów wynosi 1,6 • 10-24 g, tzn. jest równa masie atomu wodoru (w jednostkach względnych ma masę równa 1), masa neutronów jest zbliżona do masy protonów. Elektrony krążą dookoła jądra z bardzo duża prędkością po ściśle określonych eliptycznych orbitach (torach) i zawierają w sobie jeden elementarny ładunek elektryczności ujemnej, równoważąc w ten sposób dodatnio naładowane jądro o ładunku równym sumie ładunków wszystkich elektronów, tak że atom jako całość jest elektrycznie obojętny. Trzeba jednak podkreślić, że elementarne ładunki dodatnie, równe co do wielkości elementarnym ładunkom ujemnym zawartym w elektronach, mają tylko protony, toteż ich liczba w atomie zawsze odpowiada liczbie elektronów. Natomiast liczba neutronów nie zawierających ładunku elektrycznego jest różna. Obecnie znanych jest 105 różnych pierwiastków chemicznych, przy czym ostatnich trzynaście zostało wytworzonych sztucznie. Wszystkie te pierwiastki można uszeregować w tzw. układ okresowy 1) wg wzrastających (z małymi wyjątkami) ciężarów atomowych, od najlżejszego wodoru do pierwiastków najcięższych. Każdy z nich ma swoją kolejną liczbę porządkową określającą zarówno wielkość ładunku elektrycznego jądra, a więc liczbę protonów,
(…)
… kwantowymi, określającymi poszczególne powłoki
elektronowe K, L, M, ...; s, p, ... poboczne liczby kwantowe określające podpowłoki
elektronowe; indeksy górne oznaczają liczbę elektronów w danej pod-powłoce elektronowej.
Rozbudowa zewnętrznych powłok elektronowych atomów pierwiastków czwartego okresu
przebiega nieco inaczej. Rozpoczynający ten okres potas ma zewnętrzny elektron umieszczony
5
JW
w podpowłoce…
… powłokę elektronową i są skłonne do łączenia się w cząsteczki (np. wodór).
Elektrony krążące w zewnętrznej powłoce nazywa się elektronami walencyjnymi lub
wartościowości. Od nich zależą wiązania atomowe. Atom z niecałkowicie wypełnioną
zewnętrzną powłoką, dążąc do uzyskania struktury elektronowej zbliżonej do struktury gazu
szlachetnego, oddaje swoje lub przyłącza elektrony walencyjne innego atomu. Pierwiastki
oddające swe elektrony walencyjne nazywa się elektrododatnimi, przyłączające elektrony elektroujemnymi.
Metale mają l lub 2 elektrony w zewnętrznej powłoce elektronowej i są zawsze pierwiastkami
elektrododatnimi. Najbardziej typowe metale, jak sód, potas, miedź, srebro i złoto, mają tylko
jeden elektron walencyjny. Do metali zalicza się także pierwiastki przejściowe i pierwiastki ziem
rzadkich…
…
poszczególnych ziarn i wtedy mówi się, że metal jest izotropowy. Na przykład monokryształ żelaza α o
sieci regularnej przestrzennie centrycznej charakteryzuje wartość współczynnika sprężystości wzdłużnej E
= 135 000 ÷ 290 000 MPa, zależnie od kierunku badania. To samo żelazo o budowie wielokrystalicznej
wykazuje wartość E = 214 000 MPa.
…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)