2013.11.24. Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány. CaF 2 (fluorit rács) kicsit torzul: pl H 2 O (két nemkötő pár, 105 ), NH 3 (egy nemkötő pár, 107 ).



Hasonló dokumentumok
Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány

Bevezetés az anyagtudományba III. előadás

41. ábra A NaCl rács elemi cellája

3. A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Vázlatos tartalom. Szerkezet jellemzése és vizsgálata Szilárdtestek elektronszerkezete Rácsdinamika Transzportjelenségek Mágneses tulajdonságok

KRISTÁLYOK GEOMETRIAI LEÍRÁSA

Elemi cellák. Kristály: atomok olyan rendeződése, amelyben a mintázat a tér három irányában periódikusan ismétlődik.

American Society of Materials. Szilárdtestek. Fullerének (C atomok, sokszögek) zárt gömb, tojás cső (egy és többrétegű)

A kovalens kötés elmélete. Kovalens kötésű molekulák geometriája. Molekula geometria. Vegyértékelektronpár taszítási elmélet (VSEPR)

Anyagtudomány: hagyományos szerkezeti anyagok és polimerek

A szilárd testek szerkezete

Kémiai kötések. Kémiai kötések kj / mol 0,8 40 kj / mol

Kristályos szilárd anyagok

5. elıadás KRISTÁLYKÉMIAI ALAPOK

Sillabusz orvosi kémia szemináriumokhoz 1. Kémiai kötések

Kötések kialakítása - oktett elmélet

Kondenzált anyagok csoportosítása

1.2. A szilárd testek szerkezete

A kovalens kötés polaritása

Kémiai kötések és kristályrácsok ISMÉTLÉS, GYAKORLÁS

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

A szilárd testek szerkezete. Reális kristályok, kristályhibák

Szalai István. ELTE Kémiai Intézet 1/74

Kondenzált anyagok fizikája

VI. előadás március 11.

Anyagszerkezet és vizsgálat Fémtan, anyagvizsgálat

Szilárd anyagok. Műszaki kémia, Anyagtan I. 7. előadás. Dolgosné dr. Kovács Anita egy.doc. PTE MIK Környezetmérnöki Tanszék

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba. Geretovszky Zsolt május 13. XIV. előadás. Adja meg a következő ionok elektronkonfigurációját! N e P.

Kémiai alapismeretek 3. hét

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

A szilárd testek szerkezete

Tematika. Az atomok elrendeződése Kristályok, rácshibák

Anyagszerkezet és vizsgálat

Elektrokémiai fémleválasztás. Kristálytani alapok A kristályos állapot szerepe a fémleválásban

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

Zárthelyi dolgozat I. /A.

Elektronegativitás. Elektronegativitás

A hidrogénmolekula. Emlékeztető: az atompályák hullámok (hullámfüggvények!) A hullámokra érvényes a szuperpozíció (erősítés és kioltás) elve!

Általános és szervetlen kémia 3. hét Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Lewis-képlet és Lewis szerkezet

A kémiai kötés. Kémiai kölcsönhatás

Reális kristályok, rácshibák. Anyagtudomány gyakorlat 2006/2007 I.félév Gépész BSC

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

Energiaminimum- elve

A kémiai kötés magasabb szinten

Atomszerkezet. Atommag protonok, neutronok + elektronok. atompályák, alhéjak, héjak, atomtörzs ---- vegyérték elektronok

A hidrogénmolekula. Energia

Kristályos szerkezetű anyagok. Kristálytan alapjai. Bravais- rácsok 1. Bravais- rácsok 2. Dr. Mészáros István Anyagtudomány tárgy előadásvázlat 2004.

Ásvány- és kzettan. Bidló András NYME Termhelyismerettani Tanszék

Kémiai kötések. Kémiai kötések. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

A periódusos rendszer, periodikus tulajdonságok

A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

I. Atomszerkezeti ismeretek (9. Mozaik Tankönyv: oldal) 1. Részletezze az atom felépítését!

Periódusos rendszer (Mengyelejev, 1869) nemesgáz csoport: zárt héj, extra stabil

Az elektronpályák feltöltődési sorrendje

A kémiai kötés magasabb szinten

Kémiai alapismeretek 4. hét

Fizikai kémia Diffrakciós módszerek. Bevezetés. Történeti áttekintés

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Anyagtudomány. Kristálytani alapismeretek

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Dia 1 /39

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

Fogászati anyagok fajtái. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Anyagcsaládok: fémek, kerámiák.

Az anyagszerkezet alapjai. Az atomok felépítése

Kémiai kötés. Általános Kémia, szerkezet Slide 1 /39

Az atomok elrendeződése

Általános és szervetlen kémia 3. hét. Kémiai kötések. Kötések kialakítása - oktett elmélet. Az elızı órán elsajátítottuk, hogy.

A SZILÁRDTEST FOGALMA. Szilárdtest: makroszkópikus, szilárd, rendezett anyagdarab. molekula klaszter szilárdtest > σ λ : rel.

2. előadás A KRISTÁLYTAN ALAPJAI. 1. A kristályok belső rendezettsége (kristályszerkezet) 2. A kristályok külső alakja (kristálymorfológia)

Az anyagszerkezet alapjai

Az elemek rendszerezése, a periódusos rendszer

dinamikai tulajdonságai

AZ ANYAGI HALMAZOK ÉS A MÁSODLAGOS KÖTÉSEK. Rausch Péter kémia-környezettan

Kondenzált anyagok fizikája 1. zárthelyi dolgozat

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 5. Általános anyagszerkezeti ismeretek Fémek, ötvözetek

ÁSVÁNYOK-KİZETKÉPZİDÉS

Kristálytani alapok. Anyagtudomány gyakorlat. Ajánlott irodalom: Tisza Miklós: Metallográfia

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Altalános Kémia BMEVESAA101 tavasz 2008

A fémek egyensúlyi viselkedése. A fémek kristályos szerkezete

20/10/2016 tema04_biolf_

az Anyagtudomány az anyagok szerkezetével, tulajdonságaival, az anyagszerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolatokkal, valamint a tulajdonságok

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Kolloidkémia 1. előadás Első- és másodrendű kémiai kötések és szerepük a kolloid rendszerek kialakulásában. Szőri Milán: Kolloidkémia

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

ANYAGSZERKEZETTAN II.

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Kérdések és feladatok a Bevezetés az anyagtudományba kurzus anyagához

Bevezetés s az anyagtudományba. nyba február 25. Interferencia. IV. előadás. Intenzitásmaximum (konstruktív interferencia): az útkülönbség nλ,

Kémiai kötés Lewis elmélet

Kémiai kötés: több atom reakcióba lépése során egy közös, stabil (telített) külső elektronhéj alakul ki.

A szilárd állapot. A szilárd állapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

Polimer kompozitok alapanyagai, tulajdonságai, kompozitmechanikai alapok

Halmazállapotok. llapotok. Kristályos anyagok, atomrács

Átírás:

Ionos kötés ionrács Anyagszerkezet Tulajdonságok: Erős, elsőrendű, magas olvadáspont Részben irányított kötés, rideg anyagok Koordinációt, térkitöltést a kation/anion méretarány és az ionok töltésaránya szabja meg Előfordulás: kerámiák Villamosmérnök MSc, Anyagtudomány CaF 2 (fluorit rács) Vázlat Kötéstípusok, rácstípusok (emlékeztető) Molekulaszerkezet, koordináció Kristályszerkezet leírása Elemi cellák Kristálysíkok, Miller-indexindex Kristályhibák (emlékeztető) Szerkezetvizsgálat (hallgatói előadások) Kovalens kötés Alapok: nagy EN-ú partnerek, elektronpárok molekulapályán σ: lineáris (s s, s p, p p elektronok között) π: második-harmadik kötés, kis mérető atomok között (p p elektronok között) Delokalizált: konjugált kettőskötés esetén Hibrid pályák Az s és p (esetleg d) pályák kombinációjából azonos energiájú, - töltéseloszlású σ kötések pl: sp hibridpályák kialakulása egy-egy p és s elektronból Kötéstípusok, rácstípusok Kötés jellegében eligazít az elektronegativitás Összetartó erők modellezése rugalmas erőkkel Hibrid pályák alakja Kötő hibridpályák taszító hatása miatt a minimális energia a lehető legszimmetrikusabb elrendezésnél lesz A nemkötő elektronpárok taszítása erősebb, a molekula kicsit torzul: pl H 2 O (két nemkötő pár, 105 ), NH 3 (egy nemkötő pár, 107 ). Kettős kötésben a π kötés nem hibrid pályából alakul (ld. etilén; 3 hibrid pálya és egy d pálya) Hibrid pálya Példák Sp BeF 2, CO 2, HgCl 2 sp 2 BF 3, CO 3 2- CH 2=CH 2, SO 3 sp 3 CH, SO 2-, H 2O, NH 3, NH +, SiO - sp 3 d PF 5, SF, SbCl 5 2- sp 3 d 2 SF 6 Alak 1

Kovalens kötés atomrács Erős, elsőrendű, magas olvadáspont, jó hőállóság Szigorúan irányított kötés, rideg, kemény anyagok A koordinációt a vegyérték-viszonyok viszonyok szabják meg kicsi koordinációs szám, rossz térkitöltés, kis sűrűség Előfordulás: kerámiák, polimerek láncon belüli kötések A kristályszerkezet leírása A szilárd szerkezet lehet kristályos vagy amorf Általában energetikailag legkedvezőbb a polikristályos állapot. Egykristályban a szabadenergia kisebb, az entrópia minimális. Polikristályosban többlet határfelületi energia, de nagyobb entrópia. Amorf anyagokban a kötések torzulása miatt többlet energia http://www.doitpoms.ac.uk/ Fémes kötés, fémrács Erős, közepesen erős kötés olvadáspont -30 C 3000 C-ig Nem irányított kötés, nagy koordinációs szám, lehetőség a legjobb térkitöltésre (ρ: ~800 21000 kg/m 3 ) lehetőség a kristálysíkok elmozdulására, diszlokáció keletkezésére, mozgására képlékeny alakítás A mechanikai jellemzők a hőmérséklet emelésével folyamatosan romlanak Delokalizált elektronok fémes vezetés Előfordulás: tiszta fémek és ötvözetek A kristályszerkezet leírása Pl. nem tölthető ki folytonosan a tér ilyen idomokkal A szabályos mikroszerkezet jelei néha nagyban is megmutatkoznak. Geometriai megfontolásokból is lehet következtetni az ismétlődő egységek alakjára Gipsz Apatit Vanadinit http://www.galleries.com/minerals/symmetry Másodlagos kötés, molekularács Elemi cellák H-híd Van der Waals Orientációs Indukciós Diszperziós Gyenge 0,1 0,001- szerese az elsődleges kötésnek Alig vagy nem irányított Előfordulás: víz, CO 2, NH 3, szerves anyagok, polimerek A rendszerre jellemző legkisebb egység. Rendelkezik a rács minden geometriai jellemzőjével. A kristálytani irányok szerinti eltolásokkal előállítható az egykristály. A kristály leírására használt jellemzők: Elemi cella, élhossza (rácsállandó) Egy elemi cella Periodicitás, irányok, síkok meghatározásához 6 Atomátmérő adat szükséges Koordinációs szám (3 oldal, 3 szög). Minél Elemi cellát alkotó nagyobb a szimmetria, atomok száma annál kevesebb. Térkitöltési tényező 2

Bravais cellák Példák típus P = primitív I = tércentrált F = lapcentrált C =alaplapon centrált SiO 2 kvarc Tetraéderes szerkezet, 1 Si atomra jut fél O ZnS cinkblende R + 0.00nm R Si Zn 0,07nm = = 0.286 = = 0, 02 R 2 0.10nm R 0,18nm O S Tetraéderes koordináció S atomok: FCC rendszerben 7 Kristály osztály 1 Bravais cella Cellatípusok Térkitöltés, FCC kristály Egyszerű (primitív) P Tércentrált I Lapcentrált F Alaplapon centrált C 7 kristályosztály cellatípus -------------- 1 Bravais-cella További szimmetria- műveletekkel (forgatás, csúsztatás, tükrözés) 230 különböző tércsoport APF (Atomic Packing Fraction) Elemi cellában levõ atomi gömbök térfogata AFP = Elemi cella térfogata Egy cellában 6 db félgömb és 8 db 1/8 gömb = Cella átmérő: R Rácsállandó: a 2a = R atoms unit cell APF = 3 π ( 2a/)3 a 3 volume unit cell volume atom = 0.7 Koordináció és ionátmérő Hány anion közé fér be egy kation? Általában az anionok alkotnak szinte összefüggő rácsot, a rácsközi helyekbe illeszkednek a kationok. r cation r anion Coord # <.155.155-.225.225-.1.1-.732.732-1.0 2 3 6 8 ZnS (zincblende) NaCl (sodium chloride) CsCl (cesium chloride) Sűrűség # atoms/unit cell Atomic weight (g/mol) Volume/unit cell (cm 3 /unit cell) ρ = na V c N A Pl. réz FCC kristály: atom/cella Atomtömeg: 63,55 g/mol Atomsugár: 0,128 nm Avogadro's number (6.023 x 10 23 atoms/mol) Számított : 8,89 g/cm 3 Mért: 8,9 g/cm 3 Vc = a 3 ; For FCC, a = R/ 2 ; Vc =.75 x 10-23 cm 3 3

A különböző anyagcsoportok sűrűsége Néhány sík Miller-indexeindexe ρ (g/cm 3 ) 30 20 10 5 3 2 1 Metals/ Alloys Platinum Gold, W Tantalum Graphite/ Ceramics/ Semicond Polymers Silver, Mo Cu,Ni Steels Tin, Zinc Zirconia Titanium Al oxide Diamond Si nitride Aluminum Glass-soda Concrete Silicon PTFE Magnesium Graphite Composites/ fibers Based on data in Table B1, Callister *GFRE, CFRE, & AFRE are Glass, Carbon, & Aramid Fiber-Reinforced Epoxy composites (values based on 60% volume fraction of aligned fibers in an epoxy matrix). Silicone PVC PET PC HDPE, PS PP, LDPE Glass fibers GFRE* Carbon fibers CFRE* Aramid fibers AFRE* 0.5 0. 0.3 Wood Miller index A kristálysíkoksíkok helyzetének jelölésére szolgáló számok vagy betűk, A lap térkoordinátáit (tengely- metszetét) kifejező paraméterek reciprok értéke Ha a lap az (a) tengelyt egységnyi távolságra metszi, akkor a paramétere 1 és az indexe is 1. Ha párhuzamos vele, akkor a paramétere, az indexe pedig 0. Az egységnyi méretű kocka csúcsainak koordinátái http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/miller.html A Miller indexek kiszámítása Példák A síkot párhuzamos eltolással olyan helyzetbe hozzuk, hogy ne menjen át a koordinátarendszer origóján. A síkok tengelymetszeteinek a meghatározása, ezek rendre a, b, c Képezzük ezen tengelymetszetek reciprokait: h =1/a, k =1/b, 1 = =1/c Megfelelően választott egész számmal (legkisebb közös többszörösével:q) szorozva az indexekre tovább nem egyszerűsíthető egész számok adódnak: h=qh,k=,k=qk,l=ql, amit Miller indexeknek nevezünk, gömbölyű zárójellel jelöljük (h, k, l). A Miller index nem egy síkra, hanem egymással párhuzamos síkseregre vonatkozik. A negatív jel szokásos megadása felülvonással Határozzuk meg a síkok Miller- indexét! Rajzoljuk meg a (201) síkot!

2013.11.2. Alkalmazás Hexagonális rendszer Félvezetőknél az egykristályos szerkezetben a fizikai tulajdonságok a kristálytani iránytól függenek. Pl. elektronelektron - lyuk mozgékonyság vezetőképesség, diffúzióállandó, implantált atomok behatolási mélysége. Si (111)sík és STM felvétele Si rács (100) és (110) irányból Köbös rendszer Ortorombos rendszer A következő képek forrása: http://www.theimage.com/crystalinfo/ Trigonális rendszer Tetragonális rendszer 5

Monoklin rendszer Triklin rendszer Kvázikristályok Nem egy azonos elemi cella ismétlődésével épül fel Előállítás: szupergyors hűtés: fémüvegek, kvázikristályok Mágneses tul: nagyon lágy mágnes (kis hiszterézis, kis veszteség) alcím2 Daniel Shechtman, Nobel díj 2011 GyorshűtöttAl 95 Mn 5 szalagsem felvétele 6