Koncepcja i przykłady struktura materialna

Struktura materiału Jest to sposób, w jaki ich elementy są połączone i przejawiane w różnych skalach obserwacyjnych. Zrozum przez elementy atomy, cząsteczki, jony, łańcuchy, płaszczyzny, kryształy, ziarna krystaliczne, między innymi zestawy cząstek. A z kolei, jeśli chodzi o skale obserwacyjne, odnosimy się do nano, mikro i makrostruktur.

W zależności od rodzaju wiązania chemicznego obecnego w strukturach materiałów, będą miały miejsce różne właściwości mechaniczne, chemiczne, optyczne, termiczne, elektryczne lub kwantowe. Jeśli link jest jonowy, materiał będzie jonowy. Tymczasem, jeśli link jest metaliczny, materiał będzie metaliczny.

Na przykład drewno jest materiałem polimerycznym i włóknistym, ponieważ jest wykonane z polisacharydów celulozy. Skuteczne interakcje między ich łańcuchami celulozowymi definiują twardy ciało, zdolne do formowania, cięcia, farbowania, polerowania, śmigła.

Konieczne jest, aby materiał był sprawa, która spełniła cel w życiu lub w historii ludzkości. Znajomość swoich struktur, nowych materiałów o zoptymalizowanych nieruchomościach do niektórych zastosowań, czy to przemysłowych, domowych, artystycznych, obliczeniowych czy metalurgicznych.

[TOC]

Struktura materiałów metalowych

Materiały metalowe obejmują wszystkie metale i ich stopy. Ich struktury składają się z silnie zagęszczonych atomów z drugiej lub drugiej, zgodnie z okresem. Mówi się zatem, że składają się one z kryształów metali, które pozostają stałe i spójne dzięki metalowi, który istnieje między wszystkimi jego atomami.

Wśród najczęstszych krystalicznych struktur metali są sześcienne wyśrodkowane w ciele (BCC), sześcienne wyśrodkowane na twarzach (FCC) i zwarte sześciokątne (HCP), przy czym te ostatnie są najbardziej gęste. Wiele metali, takich jak żelazo, srebro, chrom lub beryl, charakteryzuje się przypisaniem każdej z tych trzech struktur.

Może ci służyć: ulatnianie się

Jednak taki opis nie wystarczy, aby opisać je jako materiały.

Metalowe kryształy mogą przyjąć więcej niż jeden lub rozmiar. Zatem w tym samym metalu będzie obserwowane więcej niż jeden. W rzeczywistości będzie ich wiele, które są lepiej znane z terminu krystaliczne ziarno.

Odległość oddzielająca od siebie ziarna jest znana jako granica krawędzi lub ziarna i jest, wraz z wadami krystalicznymi, jednym z najbardziej określonych czynników w właściwościach mechanicznych metali.

Struktura materiałów ceramicznych

Sfery dwutlenku cyrkonu, nowy materiał ceramiczny. Źródło: Lucasbosch, Wikimedia Commons

Większość materiałów można opisać jako w poprzednim rozdziale, to znaczy w zależności od kryształów, ich liczb, rozmiarów lub kształtów. Jednak w przypadku materiałów ceramicznych różni się, że ich składniki składają się nie tylko z atomów, ale z jonów, często znajdujących się w krzemianowej podstawie amorficznej.

Dlatego ceramika zwykle jest materiałami półkrystalicznymi lub całkowicie krystalicznymi, gdy nieobecny dwutlenek krzemowy. W swoich strukturach dominują wiązania jonowe i kowalencyjne, będąc najważniejszym jonowym. Ogólnie rzecz biorąc, ceramika to materiały polyrista; to znaczy składają się z wielu małych kryształów.

Ceramika to materiały o bardzo zmiennych kompozycjach. Na przykład węgliki, nituro i fosfuros są uważane za ceramiczne, a w ich strukturach składających się z trzech sieci, kowalencyjna więź jest rządzona. To daje im właściwość bycia bardzo twardymi i wysokimi materiałami oporowymi termicznymi.

Szklista ceramika, mającą bazę dwutlenku krzemowego, jest uważana za amorficzną. Dlatego ich struktury są nieuporządkowane. Tymczasem istnieją ceramika krystaliczna, taka jak tlenki glinu, magnezu i cyrkonu, których struktury składają się z jonów zjednoczonych przez wiązanie jonowe.

Może ci służyć: środek utleniający: koncepcja, najsilniejsze, przykłady

Struktura materiałów krystalicznych

Krystaliczna struktura chlorku sodu, NaCl, typowego związku jonowego. Fioletowe kule reprezentują kationy sodu, Na +i zielone kule reprezentują aniony chlorkowe, Cl.

Materiały krystaliczne integrują dużą rodzinę materiałów. Na przykład metale i ceramika są klasyfikowane jako materiały krystaliczne. Ściśle mówiąc, krystaliczne materiały to wszystkie, których struktury są uporządkowane, niezależnie od tego, że składają się z jonów, atomów, cząsteczek lub makrocząsteczek.

Wszystkie sole i zdecydowana większość minerałów wprowadzają tę klasyfikację. Na przykład wapień.

Z drugiej strony kryształy cukru są wykonane z cząsteczek sacharozy. Jako taki cukier nie jest materiałem, chyba że zbudowane są zamki, obudowy, meble lub krzesła cukrowe. Więc cukier stałby się krystalicznym materiałem. To samo rozumowanie dotyczy wszystkich innych stałych molekularnych, w tym lodu.

Struktura materiałów żelaznych

Austenita, zamawianie atomów węgla i żelaza. Źródło: Wikimedia Commons

Materiały żelazne to wszystkie, które składają się z żelaza i ich stopów z węglem. Dlatego stale liczą się jako materiały żelazne. Jego struktury, podobnie jak metale, oparte są na kryształach metali.

Jednak interakcje są nieco inne, ponieważ atomy żelaza i węgla są częścią kryształów, więc nie można rozmawiać o metalicznym związku między dwoma elementami.

Inne przykłady

Nanomateriały

Nanorurki węglowe. Źródło: Wikimedia Commons

Wiele nanomateriałów, podobnie jak już omówione materiały, jest również opisanych w zależności od ich nanokryształów. Obejmują one jednak inne bardziej unikalne jednostki strukturalne, złożone z mniejszych atomów.

Może ci służyć: grupa fosforanowa

Na przykład struktury nanomateriałowe można opisać za pomocą atomów lub cząsteczek uporządkowanych w postaci sfer, pomiarów, rur, planów, pierścieni, płyt, kostek itp., które mogą, ale nie mogą generować nanokryształów.

Podczas gdy we wszystkich tych nanostrukturach wiązanie jonowe może być obecne, podobnie jak w przypadku nanocząstek niezliczonych tlenków, wiązanie kowalencyjne jest bardziej powszechne, odpowiedzialne za dostarczenie niezbędnych kąty separacji między atomami.

Materiały polimerowe

Struktura chemiczna polietylenu

Struktury materiałów polimerowych są głównie amorficzne. Wynika to z faktu, że ich zgodne polimery są makrocząsteczkami, których nie udało się zamówić okresowo lub powtarzalnie.

Jednak w polimerach mogą istnieć stosunkowo uporządkowane regiony, więc niektóre są uważane za półkrystaliczne. Na przykład polietylen, poliuretan i polipropylen o wysokiej gęstości są uważane za polimery półkrystaliczne.

Materiały hierarchiczne

Hierarchiczne materiały mają istotny charakter i wspierają żywe ciała. Nauka materiałów jest niestrudzenie dedykowana na materiały naśladujące, ale użycie innych komponentów. Jego struktury są „rozbrajane”, zaczynając od najmniejszych części do największych, co byłoby wsparciem.

Na przykład substancja stała składająca się z kilku warstw o ​​różnej grubości, lub która ma rurowe i koncentryczne wnęki zajmowane przez atomy, zostanie uznana za strukturę hierarchiczną.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Inżynieria materiałowa. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Marc Ander Meyers i Krishan Kumar Chawla. (S.F.). Materiały: struktura, właściwości i wydajność. [PDF]. Cambridge University Press. Odzyskane z: aktywa.Cambridge.org
4. uniwersytet Waszyngtoński. (S.F.). Metale: Struktury metali. Odzyskane z: Departamenty.Waszyngton.Edu
5. University of Tennessee. (S.F.). Rozdział 13: Struktura i właściwości ceramiki. [PDF]. Źródło: Web.UTK.Edu