Дисциплина Материаловедение и ТКМ, лекция 1.1

2. Физические структуры. Межмолекулярные связи.
3. Кристаллические структуры. Кристаллические решетки. Полиморфизм.

Анизотропия. Аморфная структура
4.Дефектность материалов. Виды дефектов. Влияние дефектов на свойства материалов.

технология конструкционных материалов: учебник для студентов высших учебных заведений –

М., Издательский центр «Академия», 2009 г., 448 с. С.7-20.
Валуев Н.П., Муров В.А., Пушкин И.А. Материаловедение и безопасность материалов. Структура и свойства материалов. Металлические материалы. – Учебник. - Химки: АГЗ МЧС России, 2012 г., 181 с. С. 15-48.
https://biblioclub.ru/index.php?page=book_red&id=445841 Конструкционные электротехнические материалы: учебное пособие. Москва, Под редакцией: Горелов В.П. Берлин: Директ-Медиа, 2016, 341 с. С. 20-37.

представляет собой взаимное расположение атомов и атомов в молекулах, удерживаемых

химическими связями различного вида.
Для большинства материалов энергия химических связей приблизительно на порядок больше, чем энергия механических связей

Виды химической связи
Ковалентная (полярная и неполярная)
Ионная
Металлическая
Координационная
Водородная
Межмолекулярное взаимодействие электрической природы
В чистом виде перечисленные типы связей проявляются редко. В большинстве соединений имеет место наложение разных типов связей. При этом любая химическая связь образуется только тогда, когда сближение атомов приводит к уменьшению полной энергии системы.

общих для двух атомов, образующих связь. Атомы в молекуле могут

быть соединены неполной ковалентной связью: одинарной (Н2, Н3С−СН3), двойной (Н2С=СН2), тройной (N2, HC≡CH) или полярной (НС1, Н3С—СГ) в зависимости от электроотрицательности;
ионная связь, в основе которой лежит электростатическое взаимодействие между противоположно заряженными ионами - электрически заряженными частицами, которые образуются из атома (молекулы) в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. Положительно заряженные ионы называются катионами, отрицательно заряженные — анионами. Примеры ионной связи - молекулы NaCl и KF;

элементов, имеющих избыток свободных валентных орбиталей по отношению к числу

валентных электронов; эту связь можно представить так: ионный кристаллический остов погружен в электронный газ - свободные электроны, которые непрерывно перемещаются между положительными ионами и компенсируют электростатическое отталкивание ионов, связывая их в твердое тело;

координационная (донорно-акцепторная) связь характерна для комплексных соединений (гемоглобин, хлорофилл и др.), в молекулах которых выделяют центральный атом (комплексообразователь) и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы (лиганды, обычно 4 или 6). Координационная связь обусловлена передачей электронной пары с заполненной орбитали донора на вакантную орбиталь центрального атома (акцептора) с образованием общей связывающей молекулярные орбитали. При этом центральный атом и лиганды образуют внутреннюю сферу. Внешнюю сферу составляют ионы, заряд которых компенсирует заряд внутренней сферы. Например, в [Со(МН3)б]С13 совокупность атомов в квадратных скобках - внутренняя сфера, Со - центральный атом, NH3 - лиганды, ионы С1 - внешняя сфера.

в результате взаимодействия атома водорода, связанного ковалентной связью, с электроотрицательным

атомом и неподеленной парой электронов другого атома. Атомы могут принадлежать как одной, так и разным молекулам. Водородная связь приводит к ассоциации одинаковых или различных молекул в комплексы; она во многом определяет свойства воды и льда, молекулярных кристаллов, структуру и свойства белков, нуклеиновых кислот и др.
Межмолекулярные взаимодействия электрической природы происходят между молекулами с насыщенными химическими связями. Впервые существование такого взаимодействия принял во внимание Я.Д. Ван-дер-Ваальс (1873) для объяснения свойств реальных газов и жидкостей.
Эти виды связи относят Межмолекулярным связям, а образованные ими структуры к физическим.

это воображаемый геометрический образ для анализа строения кристаллов, который представляет

собой объемно-пространственную сетчатую структуру, в узлах которой располагаются атомы, ионы или молекулы вещества.
Основой кристаллической решетки является элементарная ячейка, которая повторяется в кристалле бесконечное количество раз. Элементарная ячейка — это наименьшая структурная единица кристаллической решетки, которая обнаруживает все свойства ее симметрии.

объемноцентрированная (Fe, V, Nb, Cr) б) кубическая гранецентрированная (Al, Ni,

Ag, Cu, Au) в) гексагональная (Ti, Zn, Mg, Cd)

вещества существовать в различных кристаллических структурах, называемых полиморфными модификациями (их

принято обозначать греческими буквами α, β, γ и т. д.) Характерен для различных классов веществ. Полиморфизм для простых веществ называют аллотропией, но понятие полиморфизма не относят к некристаллическим аллотропным формам (таким, как газообразные O2 и O3).
Частный случай полиморфизма, характерный для соединений со слоистой структурой - политипи́зм (политипи́я). Такие модификации, политипы, отличаются между собой лишь порядком чередования атомных слоёв.
Анизотропи́я (от др.-греч. ἄνισος — неравный и τρόπος — направление) — различие свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) в различных направлениях внутри этой среды; в противоположность изотропии.
В отношении одних свойств среда может быть изотропна, а в отношении других — анизотропна; степень анизотропии также может различаться.

Аморфные вещества характеризуются двумя особенностями. Во-первых, свойства таких веществ при

обычных условиях не зависят от выбранного направления, т.е. они - изотропны. Во-вторых, при повышении температуры происходит размягчение аморфного вещества и постепенный переход его в жидкое состояние. Точное значение температуры плавления отсутствует.

Общим для кристаллического и аморфного состояний веществ является отсутствие поступательного перемещения частиц и сохранение только их колебательного движения около положения равновесия. Различие между ними состоит в наличии геометрически правильной решетки у кристаллов и отсутствии дальнего порядка в расположении атомов у аморфных веществ.

Аморфное состояние вещества, по сравнению с кристаллическим, всегда менее устойчиво и обладает избыточным запасом внутренней энергии. В связи с этим, при определенных условиях, самопроизвольно осуществляется переход из аморфного состояние в кристаллическое.

внедрения
Дислокации и дисклинации

Дефекты снижают прочностные характеристики материалов, что связано с

изменением внутренней энергии материала, за счёт изменений, происходящих в его структуре.

свободный) — дефект кристалла, представляющий собой узел, в котором отсутствует

атом (ион). Иначе говоря, вакансия — место, где в случае идеального кристалла должен располагаться атом (ион), но в действительности его в этом положении






Дислока́ция — линейный дефект или нарушение кристаллической решётки твёрдого тела. Наличие дислокаций существенно влияет на механические и другие физические свойства твердого тела.. Выделяют два основных типа дислокаций: краевые и винтовые. Дислокации смешанного типа являются комбинацией указанных двух типов