Электронное строение атома. Расположение структурных элементов в таблице Менделеева
 Скачать 0.65 Mb.
|
|
Вещества, обладающие металлической связью, часто сочетают прочность с пластичностью, так как при смещении атомов друг относительно друга не происходит разрыв связей. 4)вандервальсовская Наиболее универсальный вид межмолекулярной связи, обусловлен дисперсионными силами (индуцированный диполь – индуцированный диполь), индукционным взаимодействием (постоянный диполь – индуцированный диполь) и ориентационным взаимодействием (постоянный диполь – постоянный диполь). Вещества, обладающие вандервальсовской связью, - это газы. Они всегда стремятся занять доступный объем, легко сжимаемы и обладают относительно небольшой плотностью Способы формирования структуры веществ и материалов. К структурообразующим элементам относится следующее. 1. Элементарные частицы – это мельчайшие частицы материи: фотоны, электроны, позитроны, мюзоны, нейтрино, протоны, нейтроны, антипротоны, антинейтроны, гипероны. Между ними действуют силы различной интенсивности и радиуса действия: сильные – электромагнитные и слабые – гравитационные. 2. Атомы – это сложные образования, построенные из элементарных частиц. Свойства атома зависят от заряда ядра и строения электронных оболочек (орбиталей), точнее электронных облаков, отличающихся размером и формой. Атомы всех элементов могут соединяться друг с другом или другими атомами, образуя следующие частицы: ионы, свободные радикалы, молекулы. 3. Ионы – образуются из атомов или молекул при отрыве и удалении электронов (ион “+”) или при их присоединении (ион “-”) NaCl « Na+ + Cl- . 4. Свободные радикалы – это осколки молекул, высокоактивные неустойчивые частицы, возникающие при распаде молекул с ковалентной связью между атомами и обладающие неспаренными электронами. 5. Молекулы – наименьшие частицы индивидуального вещества, способные к самостоятельному существованию, состоящие из одинаковых или различных атомов и обладающие основными свойствами. Молекулы рассматривают как "многоатомный атом", в котором электроны находятся на молекулярных орбитах, охватывающих все ядра атомов в молекуле, и молекулярные орбитали занимают весь объем молекулы. В целом это относительно устойчивое электрически нейтральное образование. 6. Комплексные соединения и комплексные ионы – это соединения сложного состава, у которых можно выделить центральный атом (комплексообразователь) и непосредственно связанные с ним молекулы или ионы (лиганды) Ka [Fe+ + + (CN)6 « 3K+ + [Fe (CN)6] - - - ; [Cu (NH3)4] SO4 « Cu+ + (NH3) + SO4- - . 7. Элементарные кристаллические решетки* (ячейки) –простейшие структурные единицы кристалла. 8. Коллоидные частицы – это частицы твердых, жидких веществ размером 109–10-7 м. 9. Дисперсные частицы – это частицы твердых и жидких веществ размером 10-7–10-6 м. 10. Углеводороды с молекулярной массой < 5000 – масла, смолы, асфальты. 11. Углеводороды с молекулярной массой > 5000 – олигомеры, полимеры (-CH2-CH2-)n и др. 12. Кристаллы, кристаллиты и зерна – твердые тела, имеющие упорядоченное взаимное расположение образующих их частиц – атомов, ионов, молекул. Кристаллиты (зерна) имеют искаженную кристаллическую решетку, неправильную форму кристалла, без характерной кристаллической огранки. К ним относятся дендриты, кристаллические зерна металлических слитков, горных пород, минералов. 13. Твердые частицы – частицы крупных размеров (> 3Ч 10-4 м). 14. Поры, пустоты и т.д. Этот список можно продолжить. Важно отметить, что в формировании материала на более низких уровнях принимают участие наполнители, заполнители, добавки, которые, с одной стороны, сформированы перечисленными структурообразующими элементами, а с другой – сами играют огромную роль. Таким образом, строение материала характеризуется многоступенчатостью, многообразием структурных элементов и уровней, форм связи между структурообразующими одного и различных уровней. Структурообразующие элементы имеют различное строение, форму, размеры, по-разному взаимодействуют между собою и располагаются в пространстве, обусловливая тем самым структуру материала, его свойства и, как следствие, области его применения. Поэтому структуру материала изучают на различных уровнях. Величина и число уровней определяются точностью существующих методов исследований и изучаемыми свойствами.
Текстура – это совокупность признаков, определяемых расположением и распределением составных частей породы относительно друг друга а занимаемом ими пространстве. Является важным диагностическим элементом для распознавания строительных материалов При изучении макроструктуры материалов часто используют термин «текстура», который уточняет наше отношение к данному материалу. Текстура бывает слоистая, массивная, полосчатая, пористая и др. В большинстве своем строительные материалы имеют пористую текстуру. Их подразделяют на мелкопористые, размеры пор, которых определяются сотыми и тысячными долями миллиметра до 1…2 мм. Мелкопористыми материалами являются затвердевшие строительные растворы и бетоны, керамика, ряд камней, а крупнопористыми пено — и газобетоны, газостекло, пороплатсы и др. Крупные поры (до сантиметра) называют пустотами, к ним относят и пространства между кусками и зернами рыхлых материалов. Влияние на свойства. Например, глубинные горные породы имею малую пористость и, следовательно, большую плотность и высокую прочность. Кроме тго, в связи с очень малой пористостью эти породы обычно обладают низким водопоглощением, морозостойки и высокотеплопроводны. Обработка таких пород из-за высокой прочности затруднительна. Однако благодаря высокой плотности они хорошо полируются и шлифуются. Текстура древесины – это естественный рисунок древесных волокон на обработанной поверхности, обусловленный особенностями ее строения. Является важным диагностическим элементом для распознавания строительных материалов. Текстура зависит от особенностей анатомического строения отдельных пород древесины и направления разреза. Она определяется шириной годичных слоев, разницей в окраске ранней и поздней древесины, наличием сердцевинных лучей, крупных сосудов, неправильным расположением волокон (волнистым или путаным). Лиственные породы с ярко выраженными годичными слоями и развитыми сердцевинными лучами (дуб, бук, клен, карагач, ильм, платан) имеют очень красивую структуру радиального и тангенциального разрезов. Особенно красивый рисунок имеет древесина с неправильным расположением волокон. У древесины хвойных и мягких лиственных пород более простой и менее разнообразный рисунок, чем у древесины твердых лиственных пород. Поперечным (1) называется разрез, проходящий перпендикулярно оси ствола и направлению волокон и образующий торцовую плоскость. Радиальный(2) разрез - это продольный разрез, проходящий через сердцевину ствола по радиальному направлению вдоль волокон древесины и перпендикулярно касательной к годичному слою древесины в точке касания. Тангенциальный (3) разрез - это продольный разрез, проходящий на некотором расстоянии от сердцевины и по радиальному направлению вдоль волокон древесины по касательной к годичному слою. Породы, у которых анатомические элементы плохо различимы простым глазом, относят к слаботекстурным (например, берёза, груша, самшит). Породы с хорошо заметными широкими сосудами на продольных разрезах имеют штриховую т. д. Если продольные штрихи собраны в широкие полосы (например, дуб, амурский бархат, ясень), т. д. называется полосоштриховой. Т. д. с беспорядочным расположением штрихов называется рассеянно-штриховой (например, грецкий орех, хурма, эвкалипт). Древесина с хорошо заметными сердцевинными лучами (например, бук, дуб, платан) характеризуется зеркальчатой текстурой на радиальных разрезах (лучи видны как блестящие прерывистые полоски или пятна — зеркальца) и чешуйчатой на тангенциальных разрезах (лучи имеют вид веретенообразных продольных чёрточек, как правило, более тёмных, чем окружающая древесина). 9. Изоморфизм и полиморфизм. Влияние полиморфных превращений на свойства. Полиморфизм – явление существования одного и того же минерала в разных кристаллических формах. Разные кристаллические формы одного минерала называются полиморфными модификациями и обозначаются греческими буквам α, β и т.д. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения происходят при изменении температуры (точнее при нагревании). Например диоксид кремния SiO2, очень распространенный в природе и широко применяемый в строительстве минерал. В природе встречается в 5 разновидностях: кварц, тридимит, кристобаллит, опал и кизельгур. Среди них опал и кизельгур – это аморфные разновидности. Опал образуется при высыхании геля кремнезема и сохраняет в себе от 2 до 14% воды. Кизельгур формируется из скопления панцирей и скелетов отмерших растений и животных. Кварц, тридимит и крстобаллит – кристаллические разновидности SiO2. Кварц имеет гексагональную кристаллическую решетку. Устойчив до температуры 870 град С. При нагревании выше переходит в тридимит, имеющий ромбические кристаллы. Тридимит устойчив в пределах 870 – 1470 град С. Выше 1470 град С тридимит переходит в кристобаллит, который принадлежит к тетрагональной системе. Изоморфизм – способность веществ разного химического состава образовывать одинаковую кристаллическую решетку. Например: ZnSO4·7H2O и MgSO4·7H2O, NaCl и AgCl. Хлориды натрия и серебра имеют одинаковую форму решетки – куб. В узлах кристаллической решетки чередуются анионы Cl- и катионы Na+ или Ag+ 10. Понятие о строительных дисперсных системах. Классификация Дисперсные системы – образования из двух и большего числа фаз (тел), одна из которых дисперсная фаза (ДФ) раздроблена и распределена в виде агрегатов молекул, частиц вещества, кристаллов, капель, пузырьков в другой дисперсионной среде (ДС) Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и дисперсионной среды. Поскольку дисперсионная фаза находится в системе в виде отдельных сверхмалых частиц, системы называют микрогетерогенными, а коллоидно-дисперсные системы – ультрамикрогетерогенными. Границу раздела фаз в таких системах невозможно обнаружить с помощью обычного оптического микроскопа. Процессы, явления, происходящие в дисперсных системах, имеют место на тех или иных технологических этапах изготовления материалов и могут проявляться в разные периоды их эксплуатации. Поэтому эти процессы надо знать, понимать и уметь ими управлять. Дисперсные системы классифицируют по дисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах. Количественной характеристикой дисперсности вещества является степень раздробленности (дисперсности – Д) – величина, обратная размеру частиц  ,По степени дробления (дисперсности) вещества системы делят на молекулярно-дисперсные (истинные растворы), коллоидно-дисперсные (коллоидные растворы) и грубодисперсные (взвеси, суспензии, эмульсии) Для коллоидных и грубодисперсных систем характерны два основных признака: гетерогенность (неоднородность) и раздробленность дисперсной фазы. Гетерогенность в коллоидных и грубодисперсных системах характеризуется наличием поверхности раздела между частицами дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными (рис. 3.4) и связнодисперсными (рис. 3.5) в зависимости от наличия или отсутствия взаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести. Связнодисперсные системы – твердообразны; они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящем к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придает ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями. Игловатая, волокнообразная и ленточно-лепестковая формы дисперсных частиц повышают вероятность контактов между ними и способствуют образованию гелей при малой концентрации дисперсной фазы. На гелеобразование влияют концентрация дисперсной фазы, уменьшение размеров частиц, форма частиц, присутствие третьей фазы. В молекулярно-дисперсных системах (истинных растворах) одно вещество (растворимое) раздроблено до ионов, атомов, молекул, агрегатов молекул (частиц < 10-9 м) и равномерно распределено в среде другого (растворителя). Это однофазные (гомогенные), однородные системы По химическому составу молекулярно-дисперсные системы могут быть органическими, минеральными, а по агрегатному состоянию – газообразными (газовыми), жидкими и твердыми. 11. Свойства дисперсных систем. Понятие о самоорганизующихся системах. Свойства дисперсных систем 1.Грубодисперсные: 1)неустойчивые системы; 2)частицы можно увидеть в микроскоп; 3)частицы не проходят через фильтр. 2.Коллоидные системы 1)системы относительно устойчивы, но со временем разрушаются; 2)коллоидные частицы видны только в ультрамикроскоп; 3)частицы не проходят через ультрафильтр. 3.Молекулярно-дисперсные или ионно-дисперсные системы: 1)устойчивы, со временем не разрушаются; 2)частицы не видны в микроскоп; 3)частицы не задерживаются никаким фильтром. Самоорганизующаяся система - система, обладающая свойством изменяться в целях самосовершенствования (например, в целях улучшения или сохранения стабильности параметров, характеризующих эту систему) Подобные системы изучаются технической наукой о системах автоматического управления и регулирования (САУ) как один из видов автоматических систем и как объект технический. Но она не изучает природу. С этой наукой в той или иной мере знакомы инженеры всего множества профессий, имеющих дело с обратными связями. Микромир, представленный в виде самоорганизующихся электромагнитных систем, становится объектом множества технических профессий и наук, в какой-либо мере связанных с теорией электромагнетизма или САУ, и это позволяет техническому специалисту понимать микромир как объект его профессии, не меняя образа мыслей и основ профессии. 12. Общие понятия и классификация свойств строительных материалов. Механические свойства. Свойства: механические, физические, теплотехнические, химические, гидротехнические, изоляционные, обеспечивающие долговечность.
|