Материаловедение: практикум для студентов квалификации Конструирование и пр-во РЭС, Электронно-опт. аппаратостроение, Мед. электроника всех форм обучения /
Выдержка
Содержание 1. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Нужные абстрактные сведения и расчетные формулы
Есть 4 главных вида хим связи: ионная(гетерополярная),
ковалентная(гомополярная), железная и молекулярная(ван-дер-
ваальсова). 1-ые 3 именуются первичными, этак как они сравнительно
прочные и появляются вследствие размена либо соединения валентных
электронов. Количество окружающих в связи соседних ионов именуется
координационным числом.
Абсолютная энергия ионной связи ,
2
2 1
n
i
a
b
a
e Z Z
E
??
=
где Z
1
и Z
2
– заряды взаимодействующих ионов; a – отдаление меж ними; b –
константа сил отталкивания; 6 < n < 12(b и n определяются опытно).
Силы, появляющиеся меж разноименно заряженными ионами,
.
1 2
2
2 1
?
??
?= =
n
a
b
n
a
e Z Z
da
dE
F
В ионных бинарных соединениях устойчивы лишь кристаллические
решетки, в которых наименьший сообразно размеру катион окружен наиболее большими
катионами, т. е. координационное количество зависит от соотношения их радиусов.
Ковалентная ассоциация – направленная, т. к. появляется за счет спаривания
электронов соседних атомов. Координационное количество в таковых кристаллах
зависит еще от валентности атомов.
Совершенное кристаллографическое отображение кристалла предоставляют выкройка и
размеры простой ячейки, а еще расположение в ней частиц вещества.
Простая клетка основывается на векторах простых трансляций а, b и с и
представляет собой меньший размер кристалла, владеющий всеми его
свойствами. В общем случае её охарактеризовывают, не считая векторов а, b и с, 3
угла меж ними?,?,?.
Уравнение плоскости, пересекающей оси x, y, z кристаллической сетки
в точках u, v, w:
,
w
z
v
y
u
x
= = отседова 1 =???z l y k x h,
где h, k, l – числа, обратные величине отрезков, отсекаемых плоскостью на
соответствующих осях, именуемые индексами Миллера. Индексами(hkl)
обозначают как отдельную плоскость, этак и комплект параллельных плоскостей.
Для поручения направленности в кристалле выбирается ровная, проходящая
через правило координат и 1-ый узел, возлежащий на данной непосредственный. То имеется
направление [hkl] определяется как комплект меньших цельных чисел,
пропорциональных длинам векторов, направленных вдоль осей простой
ячейки, какие в сумме сочиняют вектор этого направленности. В кубических
кристаллах направленность перпендикулярно плоскости, имеющей те же индексы
hkl – отдаление меж плоскостями(hkl);?– угол отображения;?– длина
волны излучения. Для кубических решеток
.
2 2 2
l k h
a
d
hkl
=
Количество атомов, содержащихся в объеме вещества массой m: ,
A
N m
n
O
?
= в каком месте
N
o – количество Авогадро; A – атомная либо молекулярная толпа.
Сосредоточение точечных недостатков сообразно Френкелю и Шоттки
а б
в
), exp(
);
2
exp(
kT
W
N n
kT
W
N N n
Ш
Ш
Ф
Ф
?? =
???? =
где N и Nґ - сосредоточении узлов и междоузлий в сетке; W
Ф и W
Ш – энергии
образования соответственного недостатка.
Образцы решения задач
Задачка 1. 1. Два обратно заряженных двухвалентных ионов
находится в связи на равновесном расстоянии а = 0,24 нм. Показатель ступени в
выражении для энергии отталкивания n = 9. Отыскать энергию деления ионов.
Заключение
В состоянии равновесия при а = 0,24 нм силы притяжения и отталкивания
уравновешены 0
1 2
2
2 1
= ?
??
?= =
n
a
b
n
a
e Z Z
da
dE
F.
Приобретаем
10 2
2
9 4
a
b
a
e
= и
9
4
2 8
e a
b =, тогда
( )
29
9
2
19 2
9
2 8 2
10 38
10 24, 0 9
10 6, 1 32
9
32
9
4 4
0
?
??
?=
??
?
= =
?
?
?
?
?
?
???= ?
a
e
a
e a
a
e
E E
o
Дж.
Задачка 1. 2. Любая С-С-связь в кристалле бриллианта владеет энергию W
св = =
3,7 эВ. Насколько энергии нужно затратить для испарения m = 0,1 г бриллианта?
Заключение
Количество атомов в объеме вещества массой m выражается чрез количество
Авогадро N
A
= 6,02·10
26
( кг?моль)
-1
и молярную массу M(для углерода М = 12)
. 10 5
12
10 02, 6 10 1, 0
21
26 3
?=
?? ?
=
?
=
?
M
N m
n
O
Любой атом углерода в ковалентном бриллианте участвует в 4 связях,
но так как парообразование проистекает с поверхности вещества, нужно
разорвать в среднем две связи. Потому для испарения нужна энергия
( сразу переводим электрон-вольты в джоули)
. 5920 10 6, 1 7, 3 10 5 2)( )( 2
19 21
Дж Кл е эВ W n W
св исп
=?????=?? =
?
Задачка 1. 3. Удельная поверхностная энергия стекла при температуре
650
о
С одинакова e
S = 0,3 Дж·м
-2
. Какая энергия ?Е выделится при сфероидизации
нити длиной l = 0,1 м и поперечником d = 2·10
-5
м?
Заключение
Размер нити l r V
Н
?=
2
?, а шара
3
3
4
R V
Ш
?=. Так как V
Н
= V
Ш
:
l r ?
2
?=
3
3
4
R? и 3
2
4
3
l r R = ?2·10
-4
м.
Площадь поверхности нити l r S
Н
???2, а шара
2
4 R S
Ш
?=.
При сфероидизации выделится энергия, одинаковая разности их
поверхностных энергий:
22
68 6
( 2 4)2(2)
23, 1 40, 3(1 0 241 0)1, 71 0.
НШ S Н S Ш SS
E E E e S e S e rl R e rl R
Дж
?? ?
?? ?
?=?=???=???? =???=
=?????= ?
Задачка 1. 4. Вычислите модифицирование размера железа при его полиморфном
превращении, ежели радиусы атомов Fe в плотной объемно центрированной
Литература
В. В. Баранов [и др. ]. Мн. : БГУИР, 2004. - 34 с. : ил.
Тема 1. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
Необходимые теоретические сведения и расчетные формулы
Существует 4 основных вида химической связи: ионная (гет