1. Связи атомов и молекул.

В-во в твердом, жидком и газообразном состоянии или состоянии плазмы состоит из атомов, молекул, ионов.

Молекула – из 1 или нескольких атомов – наименьшая часть вещества, обладающая его химическими свойствами.

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов.

Атом, отдавая или присоединяя электрон, превращается в “+” или ” - ” заряженный ион.

Размеры атома колеблются от одного до нескольких ангстрем.

1А=10-10м

В зависимости от строения внешних электронных оболочек атом в молекуле образует различные химические связи.

Ковалентная связь - возникает при обобществлении электрона двумя соседними атомами.

Например, H2

На рисунке а) показана планетарная модель атома и молекулы b).

При движении электрона м/у ядрами создается как бы избыток “-” заряда. Это способствует сближению атомов и прочности их связи.

Неорганические вещества могут иметь высокую твердость, тугоплавкость, химическую инертность.

Например алмаз имеет max твердость , а температура разложения корбида кремния SiC = 2600◦C. Валентная связь типична и для органического вещества.

Если центры одинаковыхпо величине “+”и”-” зарядов совпадают, то молекула неполярна (рис 1.1)

Если центры не совпадают, то молекла полярна (диполь с моментом p=ql)

онная связь – обусловлена притяжением “+”и”-” ионов.

Молекула с ионной связью полярна. Ионная связь так же прочна , например tплавления Al2O3 =2040◦C.

tплавления MgO =2800◦C.

Металлическая связь существует в системе из “+” заряженных ионов, находящихся в среде всободных электронов “электронный газ”.

Из-за ”электронного газа” металлы обладают высокой тепло и электро проводностью. Металлическая связь прочна. У вольфрама tплавления=3380◦C.

Моллекулярные связи

Существуют м/у отдельными молекулами за счет электростатического напряжения имеющихся в них зарядов противоположных знаков(силы ванДер Ваальса). Эти связи удерживают вместе молекулы с твердом водороде, азоте и др.

Особым видом молекулярной связи является связь, осуществляемая через ион водорода, расположенный м/у 2-мя ионами соседних молекул. Водородная связь имеется в воде и некоторых органических соединениях, а так же в кристаллах.

§2 Строение твердого вещества

Твердые вещества бывают:

Кристаллическими

Аморфными

Кристалло-аморфными

Кристаллическое тело может состоять из отдельного кристалла – монокристалл или из большого числа маленьких кристаллов(зерен), соединенных м/у собой - поликристалл(металлы, керамики, горные породы).

Монокристаллы обычно анизотропны(те их свойства зависят от направления).

В кристалле атомы занимают положения, называемые узлами кристаллической решетки, которая состоит из периодически повторяющихся элементарных ячеек – дальний порядок.

Локальные отклонения от регулярного расположения частиц называются дефектами кристаллической решетки. (Незанятые узлы в кристаллической решетке – вакансии, смещение атома из узла в междуузелье, внедрение в решетку чужеродного атома или иона называют точечными деффектами).

Точечные дефекты кристаллической решетки:

Пустой узел

Собственный ион в междуузелье

Чужеродный ион в муждуузелье

Существуют и линейные дефекты. В этом случае искажение кристаллической решетки захватывает не одну элементарную ячейку, а ряд соседних (дислокации и двойники).

У аморфного тела определенный порядок расположения атомов соблюдается только в пределах элементарной ячейки – ближний порядок.

Аморфное вещество часто называют переохлажденной жидкостью, тк ближний порядок существует и в жидкости. Вещества могут находиться как в кристаллическом, так и в аморфном состоянии, в зависимости от скорости охлаждения. Например, в кристалле и стеклообразном кварце элементарная ячейка построена в виде тетраэдра, в центре которого находится атом кремния, а вершинах – кислорода. В аморфном кварце эти ячейки хаотически повернуты относительно любой проведенной плоскости. В кристалле же все атомы расположены не только под одним пространственным углом, но и сохранят плоскую симметрию, которой обусловлено чередование атомов Si и O.

Аморфные вещества не имеют четко выраженной t плавления и переходят из твердого состояния в жидкое постепенно размягчаясь. Некоторые имеют смешанную аморфно-кристаллическую структуру, например керамические материалы(неорганические материалы, полученные объединением неметаллических частиц).

§3 Свойства поверхности и объема

Тепловое расширение – способность материала расширяться при нагревании. Характеризуется коэффициентом линейного расширения a, показывающим на какую долю первоначальной длины расширяется тело при повышении t на 1 градус.

Для металлов a=(10-20)*10-6 град-1

Для керамик и полимеров a=(3-5)*10-6 град-1

Теплоемкость – способность материала при нагревании поглощать определенное количество тепла. Характеризуется удельной теплоемкостью С [Дж/(кг*к)]

Для металлов С=0,76-0,92 к Дж/(кг*к)

У органических материалов теплоемкость выше, например Сдревесины=2,7 к Дж/(кг*к)

Теплопроводность – способность материала передавать тепло через толщу от одной своей поверхности к другой. Характеризуется коэффициентом теплопроводности l [Вт/(м*к)].

Из всех веществ наименьшей l обладает воздух в виде неподвижных пузырьков воздуха – 0,023 Вт/(м*к) – поэтому пористость материала снижает его теплопроводимость. Тк l воды в 25 раз > l воздуха, то с увеличением влажности материала теплопроводность возрастает.

Гигроскопичность - способность поглощать водяные пары из воздуха. Поглощение(сорбция) водяных паров сопровождается капиллярной конденсацией те сжижением пара в жидкости, а иногда и химическими взаимодействиями с материалом – химосорбцией, которая , например, ухудшает изоляционные свойства вещества.

Электропроводность - способность материала проводить электрический ток. Характеризуется удельной проводимостью d [Oм-1*м-1]. Величину r=1/d называют удельным сопротивлением; Для имеющегося сопротивления R образца длиной L с постоянным поперечным сечением S

Электропроводность различают по типу основных носителей зарядов: ионная, электронная, малионная.

Огнеупорность – способность материала без размягчения и заметной деформации выдерживать длительные воздействия температуры > 1580°С. К огнеупорным материалам относят карбид кремния, используемый для электрообогревателей.

Радиационная стойкость – способность сохранять свойства при воздействии корпускулярного и электромагнитного излучения высокой энергии. К корпускулярному излучению относятся быстрые и медленные нейроны, осколки ядер, a, b - частицы; к волновому излучению относят рентгеновские и лучи.

Часто радиационную стойкость выражают необходимым числом частиц на единицу площади для ухудшения характеристик, например нейрон / м2 .