a kristÁlyszerkezet szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,
DESCRIPTION
A KRISTÁLYSZERKEZET Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek, -üvegek, műanyagok, elasztomerek. Mi készteti az atomokat a kristályos szerkezet (rend) kialakítására? - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
A KRISTÁLYSZERKEZET
Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,
-üvegek, műanyagok, elasztomerek.
Mi készteti az atomokat a kristályos szerkezet (rend) kialakítására?
Általános elv: az energiaminimumra törekvés. Az egységnyi térfogatban az energiaminimalizáció elve érvényesül. Ettől függ a kémiai kötés jellege és a kötés szimmetriája.
1. megőrizni az elektromos neutralitás elvét,
2. a kovalens kötések diszkrét jellege és iránya,
3. az atomok a lehető legszorosabban illeszkedjenek a fenti két elv teljesülése mellett.
A kristályszerkezet legfontosabb jellemzői:– a szerkezet szimmetriája (topológiai és kémiai rend),– a kristályos rácsban helyet foglaló elemek közötti kötés természete
(kovalens, ionos, fémes, másodlagos kötések),– a rácspontokban helyet foglaló elemek (atomok, ionok, molekulák).
Kristályrács= pontrács + bázis (fémeknél atomok)
A kristályszerkezet osztályozása szimmetriaelvek alapján:
Alapfogalmak: a kristályszerkezet legfontosabb jellemzője: periodicitás
egydimenziós rács (a: ) transzlációs vektor
A síkrács (kétdimenziós rács):
1a
2a
Térrács (háromdimenziós rács)
a1, a2, a3 transzlációs
vektorokkal jellemezhető
A kristályrácsot tehát jellemzi: a rács tetszőleges pontjából kiindulva (kezdőpont) bármely rácspont helye megadható, felépíthető transzlációs műveletekkel:
a1, a2, a3 elemi rácsvektorok (abszolút értékei: rácsparaméterek)
u, v, w tetszőleges egész számok.
321 aaar wvu
ua1
va2
wa3 r
A kristályrács jellemzői:
Kristálytani irányok: a kezdőpontot a rácsponttal összekötő vektor.
Kristálytani síkok: Miller-indexekkel jellemezhető
Koordinációs szám: egy atomnak hány legközelebbi szomszédja van.
Elemi cella: amelynek ismétlésével az egész rács felépíthető.
(- a rács összes jellemzőjét tartalmazza)
x 24
3
z
y
21
31
312
212
41
412
2 4 3
(6 3 4) → Miller-indexek
(párhuzamos, fizikailag egyenértékű síkok jelölése)
Az elemi cella jellemzői:
elemi cella ≠ primitív cella
Elemi rácsvektorok nagysága
Elemi rácsvektorok egymáshoz viszonyított szöge
Az elemi cellában lévő atomok száma:
Térkitöltés: Va/Vc
A gyakorlati szempontból legfontosabb rácstípusok és kristálytani alapfogalmak:
Miért fontosak?
– Mert a szerkezeti anyagokban (főként fémes rendszerekben, mint pl. Fe és ötvözetei) ezek a rácstípusok fordulnak elő.
– Mert a Fe és ötvözeteiben elforduló átalakulások megértéséhez feltétlenül kellenek.
Milyen fogalmak merülhetnek fel az egyes rácstípusokat illetően?
– Milyen sűrűn pakolt maga a kristályrács?
– Mekkora maga az elemi cella (aminek sokszorozásából maga a kristályrács felépül)?
– Milyen sűrű az atomok pakolása a kristálytani síkban vagy irányban?
– Milyen távol vannak a kristálysíkok egymástól?
Ezeket a kérdéseket válaszoljuk meg az egyes, fontos rácstípusoknál.
90
:kocka szabályos
321
321aaa
90
:istetragonál
321
321aaa
90
:ortorombos
321
321aaa
primitív térközepes felületen közepes
primitív térközepes
90
:trigonális
321
321aaa
32190
:monoklin
321aaa
90
:triklin
321
321aaa
120
90
:shexagonáli
3
21
321aaa
Síkok kristálytani jelölése (a Miller-indexek)
Mire valók? → fizikailag egyenértékű síkok jelölésére
Mi jellemzi a fizikailag egyenértékű síkokat?
- azonos pakolási sűrűség,
- egymástól azonos távolságra vannak.
Miller-index:
- egész szám,
- sík tengelymetszetének reciprokával arányos,
- rácsparaméter vagy elemi rácsvektor egységeiben kifejezve.
pl.:
l k h 6 3, 4, 2
12
4
12
3
12
2
1
4
1
3
1 2 4, 3,
,,,,
)1(000)1(000)1((001)(010)100100
:jelölése Síkok
111111111111111111111111111
:jelölése Irányok
Jelölések fontossága!!!
1 db. sík: (100), (010), (001) stb. → {100} (egyenértékű síkok)
minden egyenértékű sík: {100}
1 irány: [111]
valamennyi térátló jelölése: 111
Köbös kockarács jellemzői:
- síkok Miller-indexei a sík normálvektorát adják,
- rácssíktávolságokra:
- tkk felépítésére alkalmas síkok: Miller-indexek összege páros szám,
- fkk felépítésére alkalmas síkok: Miller-indexek vagy mind páros, vagy mind páratlan (itt a 0 párosnak számít)
222 l+k+h
a=d
0,524
6
π3a
3a
21π
34
gatcellatérfo
része eső cellába elemigömbök asűrűség pakolási
1 cellába eső atomok száma= 1
1 cellába eső atomok száma= 2
pakolási sűrűség= 0,68
1 cellába eső atomok száma= 4
koordinációs szám= 12
pakolási sűrűség= 0,74
legsűrűbb illeszkedésű síkok {111} rétegrendje:
ABCABCABC
1 cellába eső atomok száma= 6
koordinációs szám= 12
pakolási sűrűség= 0,74
legsűrűbb illeszkedésű síkok (0001) rétegrendje:
ABABAB
A szén allotrópjai
gyémánt: (ρ=3,51) C tetraéderes környezetben sp3 hibrid állapot
grafit: (ρ=2,22) rétegen belül erős kovalencia,rétegek között: van der Waals kötés,(a grafit kémiailag reaktívabb).
→ sp2 kötés a síkban
→ kötéserősség ≈ 1,3
C-C (rétegen belül)
A vas allotrópjai
tkk: fkk: