Határelületi jelenségek 1. Felületi eszültség Fogorvosi anyagtan izikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek Határelületi jelenségek Kiemelt témák: elületi eszültség adhézió nedvesítés ázis ázisdiagramm ázisátalakulás Fázisdiagram, ázisátalakulás ankönyv ejezetei: 6, 7 HF: 1. ej.: 4, 5, 7, 8, 31 1. Adhézió 1. Felületi eszültség Felületi eszültség v. ajlagos elületi energia (): a A elületnövekedéssel járó energiaváltozás E A J m N m A elületi eszültség hőmérsékletüggése: pl. víz elületnövekedés anyag (J/m ) víz 0,073 vér 0,06 Következmények: A víz nagy elületi eszültsége problémát okozhat! nyál 0,05 parain 0,05 alkohol 0,03 dentin 0,09 zománc 0,087 higany 0,484 * levegőben, 0 C 3 respirációs disztressz szindróma 4 1
. Adhézió ovábbi típusok: mechanikai elektrosztatikus (eltöltődött elületek) makroszkopikus ípusai: kémiai (ionos, kovalens, H-kötés) diszperz (van der Waals-erők) diúziós (egymásba diundálnak az anyagok) ehát kémiai kötés alakul ki a két anyag között. molekuláris szintű Általában érvényes: Lásd: gekkó szuperadhézió -ja adhézió erőssége ~ érintkező elületek nagysága ~ közelség a leggyakoribb és legáltalánosabb 5 6 Az adhézió kvantitatív jellemzése: Határelületi energia, pontosabban ajlagos határelületi energia (): E A a A elületnövekedéssel járó energiaváltozás J m a határelület növekedése N m Nedvesítés (adhézió szilárd anyag és olyadék között) Adhézió a ogorvosi gyakorlatban, tényezők: Felület savazás Viszkozitás Nedvesítés (adhézió szilárd és olyadék között) Young-egyenlet: : peremszög (illeszkedési szög) cos sz sz, sz : szilárd test (levegő) sz, : szilárd testolyadék : olyadék (levegő) 7 8
kvarc tridimit krisztobalit A Young-egyenlet levezetése: sz sz, sz sz,. sz sz, A Néhány ogászati anyag ajlagos elületi energiája: egyensúly = energiaminimum E A sz, A kis változás az alakban (elületben) nem okoz változást az energiában sz Acos 0 víz nyál anyag (mj/m ) dentin 9 zománc 87 PMMA 37 73 (5 C) 53 (37 C) cos sz sz, 9 parain 5 10 Fázis Halmazállapotok: Pl. H O szilárd olyékony gáznemű 0ºC 100ºC Pl. SiO szilárd olyékony gáznemű 870ºC 1470ºC 1713ºC 30ºC Fázisdiagram Példák: H O nyomás: 1 bar (100 kpa) Fázisdiagram: stabil ázisok ábrázolása különböző paraméterek (p,, c, ) üggvényében. Fázis: izikailag és kémiailag homogén anyagtartomány. ázisok Stabil ázis: adott körülmények között a termodinamikailag legkedvezőbb legkisebb energiájú, pontosabban legkisebb szabadentalpiájú ázis. H vízgőz O CO hármaspont hőmérséklet (ºC) nyomás hőmérséklet Szabadentalpia (G): G = E +pvs belső energia térogat entrópia 11 Ezt kell megtanulni (számértékek nélkül), a többi ázisdiagramot nem. 1 3
diúziós együttható C ezüst (Ag)+palládium (Pd) só+víz cukor+víz ezüst (Ag)+ón (Sn) 13 14 Fázisátalakulás G = E +pvs Diúzió Brown mozgás: Diúzió: egyenletes eloszlásra való törekvés, koncentrációkiegyenlítődés a diúzió sebessége koncentráció különbség diúziós együttható Hajtóerő: szabadentalpia különbség minél kisebb (< o ), annál nagyobb a hajtóerő Lehetőség, mód: atomok, molekulák mozgása (lásd diúzió) minél kisebb (< o ), annál gyengébbek a mozgások 15 Fick-törvény: c D A t x D: diúziós együttható (m /s) Diundáló molekula közeg D (m /s) O levegő 10 5 víz üveg 10 9 10 50 He üveg 10 18 Einstein-Stokes összeüggés: (gömb alakú részecskékre) D k D 6r 0 D e k 300 350 400 hőmérséklet, (K) 16 4
ajlagos térogat (v) keményebb, erősebb, kevésbé alakítható Fázisátalakulás (pl. kristályosodás) kinetikája úlhűtés! < o 1. Magképződés (nukleáció) mag rendezett szerkezet energiacsökkenés ( térogat) r 3 1. Magképződés (nukleáció) < o : határelület energianövekedés ( elület) r. Növekedés mag ( túlhűtés) 17 gyorsabb! homogén nukleáció: saját anyagában heterogén nukleáció: már meglévő szilárd elületeken (pl. edény alán, szennyező szemcséken) 18 Szemcsealak és méret tulajdonságok!. Növekedés Fázisátalakulás rendűsége, üvegesedés Például: pl. H O pl. SiO a = 540 C általában gáz b olyadék = 690 C ( o = 77 C) szilárd (kristály) 19 kvarc tridimit krisztobalit o 0 5
ajlagos térogat (v) ajlagos térogat (cm 3 /g) pl. SiO pl. polimerek Összeoglalva: hőmérséklet (K) üveg (amor) túlhűtött olyadék olyadék g < o g üvegesedési hőmérséklet 1 Érdekesség: üvegszerű ém kristályos ém Következő előadáshoz: 8. tankönyvi ejezet 6