WYKŁAD 6
17.10.2009r
PODSTAWOWE STANY SKUPIENIA MATERII – CIAŁA AMORFICZNE
Ciała amorficzne, stan skupienia materii charakteryzujący się własnościami reologicznymi zbliżonymi do ciała krystalicznego (brak możliwości płynięcia), w którym nie występuje uporządkowanie dalekiego zasięgu. Ciało będące w stanie amorficznym jest ciałem stałym, ale tworzące je cząsteczki są ułożone w sposób dość chaotyczny, bardziej zbliżony do spotykanego w cieczy. Z tego powodu ciało takie dość często nazywa się stałą cieczą przechłodzoną.
Przykłady:
v Niektóre metale i stopy metali otrzymywane w specjalnych warunkach są całkowicie lub częściowo amorficzne
v Szkło (poza szkłem kwarcowym)
v Stopy polimerów (tworzywa polisiloksanowe, polietylen)
v Niektóre minerały: opal, bursztyn, szkliwa wulkaniczne
CIECZE SZTYWNE
Warunki powstania:
Ø Gwałtowne ochłodzenie cieczy – ciecze przechłodzone – szkliwa
Ø Wytrącanie nieprzekrystalizowanego osadu koloidu, jego koagulacja i sedymentacja – skały osadowe – na ogół bezpostaciowe, z upływem czasu mogą krystalizować
Charakterystyka:
* Przechodzenie w stan ciekły w przedziale temperatury
* Spójność – addytywne wiązania II rodzaju
* Izotropowość
* Termodynamiczna nietrwałość (szkliwa → struktura pseudokrystaliczna → struktura w pełni krystaliczna)
* Wysoka lepkość ośrodka (szkło: T = 2500°C → η = 10 Pa*s, T = 20°C → η = 1019 Pa*s) spowalnia procesy krystalizacji
T
U
st. płynny
st. lepko - płynny
st. szklisty
st. wysokoenergetyczny
Skały magmowe – różnice lepkości magmy (stopionej lawy):
LAWY KWAŚNE – duża ilość SiO2 – duża lepkość – wysoka temperatura krzepnięcia – podatność na zeszkliwienie – czarne szkliwo (obsydian)
LAWY ZASADOWE – mała ilość SiO2 – mniejsza lepkość – niższa temperatura krzepnięcia – podatność na krystalizację – bazalt
CIEKŁE KRYSZTAŁY
· Stałe związki organiczne o wydłużonych cząsteczkach w czasie podgrzewania przechodzą w mętne ciecze o dużej lepkości
§ Optyczna anizotropowość (ciecze są izotropowe) – inna długość fali świetlnej przechodzącej przez kryształ
§ Płynność
§ Brak określonego kształtu
§ Uporządkowana struktura wewnętrzna zbliżona do struktury krystalicznej
STAN STAŁY
WARUNKI WYSTĘPOWANIA (p=const.) : T < Tt ; T < Tw ; T < TR
STAŁOŚĆ KRYSZTAŁU: występuje
STAŁOŚĆ OBJĘTOŚCI: występuje
BUDOWA WEWNĘTRZNA: krystaliczna
UPORZĄDKOWANIE BUDOWY WEWNĘTRZNEJ: całkowite w całej objetości
DEFEKTY BUDOWY WEWNĘTRZNEJ: nieliczne
ODLEGŁOŚĆ MIĘDZY CZĄSTECZKAMI: mała, równa długości wiązania
WIĄZANIA WEWNĄTRZCZĄSTECZKOWE: jonowe, atomowe, atomowe spolaryzowane, koordynacyjne, metaliczne
PRZESTRZENNE UKIERUNKOWANIE WŁAŚCIWOŚCI: anizotropowe
ODDZIAŁYWANIE SIŁ MIĘDZY CZĄSTECZKOWYCH: duże
MOŻLIWOŚĆ ZMIANY WZAJEMNEGO POŁOŻENIA CZĄSTEK: niewielka ze względu na moc sił wewnątrzcząsteczkowych. Możliwy obrót względem własnej osi oraz niewielki ruch drgający.
BUDOWA KRYSTALICZNA
Metody krystalizacji:
Etapy krystalizacji:
Ø Zarodki krystalizacji (celowo wprowadzane lub zanieczyszczenia)
Ø Powstanie dendrytów (rozgałęzione struktury krystaliczne)
Ø Łączenie dendrytów w większe struktury
Struktura wewnętrzna:
ü Struktura kryształu jonowego (NaCl, KBr)
ü Struktura kryształu atomowego (diament, Si)
ü Struktura kryształu molekularnego (Ss , zestalone H2O, zestalone CO2 – suchy lód)
ü Struktura metaliczna (Cu, Al, Ni, Ag, Au, Pb, Fe, Mo, V, Cr)
Cechy ciał krystalicznych:
* Uporządkowany statystycznie układ atomów, cząsteczek lub jonów posiadający środek, oś lub płaszczyznę symetrii
* Położenie a/cz odwzorowuje model geometryczny → sieć przestrzenna
* Położenie a/cz wyznaczane jest metodami rentgenowskimi
* Anizotropia właściwości (mechaniczne, elektryczne, optyczne)
* Stała temperatura przemian fazowych
* Stabilność właściwości od temperatury przemian fazowych
Układ krystalograficzny – system klasyfikacji kryształów uwzględniający wewnętrzny układ cząstek w sieci krystalicznej.
System wyróżnia 7 układów, a w nich 32 klasy krystalograficzne, każda o innym rodzaju symetrii cząstek. Układ cząstek wynika ze struktury chemicznej cząsteczki. Większość kryształów przyjmuje formę regularnego wielościanu.
Elementy symetrii budowy kryształu:
Ø Płaszczyzna symetrii
Ø Oś symetrii
Ø Środek symetrii
Typy sieci:
§ Prymitywna
§ Ściennie centrowana
§ Przestrzennie centrowana
Komórka elementarna
PODTSAWOWE UKŁADY KRYSTALOGRAFICZNE:
· regularny a = b = c α = β = γ = 90°
· tetragonalny a = b ≠ c α = β = γ = 90°
· heksagonalny a = b ≠ c α = β = 90°, γ = 120°
· trygonalny a = b = c α = β = γ ≠ 90°
· rombowy a ≠ b ≠ c ≠ a α = β = γ = 90°
· jednoskośny a ≠ b ≠ c ≠ a α = γ = 90°, β ≠ 90°
· trójskośny a ≠ b ≠ c ≠ a α ≠ β ≠ γ ≠ α ≠ 90°
POLIMORFIZM – zjawisko występowania różnych odmian krystalograficznych tej samej substancji. Występuje ono wtedy, gdy ta sama substancja może występować w 2 lub nawet kilku formach krystalicznych.
CaCO3 – kalcyt CaCO3 – aragonit
Układ regularny układ rombowy
Co T < 450°C heksagonalna zwarta
T > 450°C regularna ściennie centrowana
Fe T < 912°C heksagonalna zwarta
T = (912 – 1394)°C regularna przestrzennie centrowana
T > 1394°C regularna ściennie centrowana
...
frugo_007