Készítette: Kecskés Bertalan 2012

Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Atom fogalma: Az atom az elemeknek azon legkisebb része, amely még rendelkezik az elemre jellemző tulajdonságokkal, és kémiailag tovább nem bontható. Az atom felépítése: Az atom áll atommagból és az atommag körül az elektronpályákon keringő elektronokból. Az atommagban találhatók a pozitív töltésű részecskék a protonok ( p   ) , illetve általában a töltés nélküli részecskék a neutronok (n 0  ) . Az atom kifelé semleges töltésű, mert benne a pozitív töltésű részecskék a protonok száma megegyezik a negatív töltésű részecskék, azaz elektronok számával. Minden egyes elem atomját ugyanolyan elemi részecskék, azaz protonok, neutronok és elektronok építik fel, csak ezek száma és elrendeződése elemenként más és más. Az atommag körül különféle elektronpályákon keringenek az elektronok azt, hogy egy adott elektronpályán hány elektron kering, illetve elektronpályák alakjáról (kör, vagy körtől eltérő ellipszis), az elektronpályák egymáshoz viszonyított helyzetéről és az elektronpályákon keringő elektronok forgási iránya megegyezik-e, vagy ellenkező a keringési iránnyal; mindezen tulajdonságokról a különféle KVANTUMSZÁMOK adnak felvilágosítást. (Az egyes elektronok számát, helyét, helyzetét, energiáit kvantumszámmal jellemezhetjük.) Kvantumszám lehet: - A főkvantumszám jelzi az elektron atommagtól való átlagos távolságát. - A mellék kvantumszám megmutatja, hogy az elektronpálya alakja eltér-e a körtől, vagy nem. - A

mágneses,

vagy

más

néven

iránykvantumszám

az

elektronpályák

egymáshoz viszonyított helyzetéről ad felvilágosítást. - A spinkvantumszám az elektronpálya impulzusáról más néven az impulzus momentumáról ad felvilágosítást tehát, hogy az elektron forgásiránya megegyezik-e az elektronpálya keringési irányával, vagy azzal ellentétes értelmű. Kecskeméti Főiskola GAMF Kar | 1

Készítette: Kecskés Bertalan 2012

A fémtanban az atomokat a külső elektronhéj által meghatározott átmérőjű tömör gömbként kezeljük, amely a későbbiekben végzett számításokhoz tökéletesen megfelel. A műszaki gyakorlatban legnagyobb mértékben a vasalapú ötvözetek (acélok, öntöttvasak) kerülnek felhasználásra, ezen fémes anyagok két legfontosabb alkotó eleme a vasatom és a karbonatom (szénatom), ezért célszerű jobban megismerkedni ezen kémiai elemek felépítésével. (Az ábrákon az elektronpályákat körnek feltételeztük és síkba forgattuk.) A rendszám jelöli az atommagban lévő protonok számát. A tömegszám jelöli az atommagban lévő protonok és neutronok számát. Vasatom vázaltos képe:

26

56 Fe 56 vagy Fe26

A karbonatom (szénatom) felépítése: 6 C 12 vagy C612

Az atomokat felépítő elemi részecskék tömege és sugara: Kecskeméti Főiskola GAMF Kar | 2

Készítette: Kecskés Bertalan 2012 ( )

 1,67252  1024 g

rp

( 0)

 1,6748264  1024 g

rn

( )

 9,10904  1028 g

re

mp

mn me

( )

 1014 mm

( 0)

 4  1015 mm

( )

 2,82  1014 mm

Ion fogalma: A külső elektronhéjakon lévő elektronok elmozdítására, leszakítására kell a legkisebb energiát befektetni. Ha az atom külső elektronhéján keringő 1…2… néhány elektront elvesszük az atom kifelé pozitív töltésű lesz az ilyen pozitívtöltéssel rendelkező iont kationnak nevezzük. Ha az atom külső elektronhéján lévő 1...2... néhány elektron hiányt elektronnal pótoljuk külső héj ezáltal telítetté válik az atom kifelé negatív töltésű lesz az ilyen negatív töltésű iont anionnak nevezzük.

Molekula fogalma: Két, vagy több azonos, vagy különböző kémiai kötések által összetartott, többékevésbé stabilis, legtöbbször rendkívül kisméretű olyan részecske (anyag), amely magában hordozza az adott sztöchiometrikus összetételű anyag jellegzetes, jellemző tulajdonságait. Az atomok és molekulák kapcsolata a hőmérséklettől és a nyomástól függően (halmazállapotok): - Rendezetlen állapot (gáznemű halmazállapot): Az atomok, illetve molekulák között sem rövidtávon, sem hosszú távon nem tapasztalható semmiféle szabályos ismétlődés, egymás helyzetét nem befolyásolják. A rendezetlen állapotban lévő atomok, molekulák kitöltik a rendelkezésükre álló teret, ezért nem rendelkeznek önálló alakkal és térfogattal (azaz összenyomhatóak, komprimálhatóak). - Rövidtávú rendezettség állapota (folyékony halmazállapot): Az atomok, illetve a molekulák

között

már

tapasztalható

kisebb

távokon

néhány

atomnyi,

molekulányi távolságokra valamilyenféle rendezettség, így már befolyásolják egymás mozgását és helyzetét ennek hatására, már rendelkeznek önálló

Kecskeméti Főiskola GAMF Kar | 3

Készítette: Kecskés Bertalan 2012 térfogattal, de még nem rendelkeznek önálló alakkal, csak a befoglaló edény alakját képesek felvenni. - Hosszútávú rendezettség állapota (szilárd halmazállapot): Az atomok, illetve molekulák

nagyobb

távolságok

mentén

helyezkednek

el.

Egymáshoz

viszonyított helyzetük szabályos a tér minden irányában, ennek hatására nem csak önálló térfogattal, hanem önálló alakkal is rendelkeznek. - Plazma állapot: az atomok és molekulák ionizált állapotban találhatók Atomokat és molekulákat összetartó erők, kötések: 

Elsőrendű, vagy erős kötések Kovalens kötés Ionos kötés Fémes kötés



Másodrendű, vagy gyenge kötések van der Waals erők tartják össze

Szilárd testekre jellemző: A szilárd testek atomjai, esetleg molekulái a tér meghatározott irányaiban (gyakorlatilag minden irányban) szabályos ismétlődést követve helyezkednek el. Jellemzőjük: - az alak-, formatartása - a térfogat-állandóság (összenyomhatatlanok) Csoportjai: Amorf anyagok: Átmenetet képeznek a rövid távú és hosszú távú rendezettség állapota között; túlhűtött folyadék gyanánt viselkednek, többnyire rövid távú rendezettség állapota jellemző rájuk. Jellegzetes képviselői: egyes üvegfajták kátrány korom viasz Kristályos szilárdtestek: Kecskeméti Főiskola GAMF Kar | 4

Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Atomjainak rezgésközpontjai által meghatározott legkisebb mértani alakzat, amely a tér minden irányában folyamatosan, szabályszerűen ismétlődik ez a kristályrács, vagy más néven elemi cella. Kristályrács típusok: (7 különböző típusa van) Köbös (egyszerű, térközepes, lapközepes) Tetragonális Hexagonális Romboéderes Ortorombos Monoklin Triklin



Rácstípusok: 

KÖBÖS

Egyszerű köbös rácselem típus: Az atomok, vagy az atomok rezgésközéppontjai egy szabályos kocka csúcspontian helyezkednek el, és az atomok egymással a kocka élei mentén érintkeznek. a bc

      90

Rácsjellemzők: Atomsugár: r 

a 2

1 Egy rácselemben lévő atomok száma: n   8  1 8

Koordinációs szám: k  6 A koordinációs szám megmutatja, hogy egy atom hány közvetlen atommal érintkezik azaz, hogy egy atomnak hány szomszédos atomja van. Egyszerű köbös rácselemmel rendelkező elemek:   Po


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Térben középpontos köbös rácselem típus: Az atomok, vagy az atomok rezgésközéppontjai egy szabályos kocka csúcspontian, illetve a testátlók (térátlók) metszés pontjaiban helyezkednek el, és az atomok egymással a testátlók (térátlók) mentén érintkeznek. a bc

      90


a 3 4

1 Egy rácselemben lévő atomok száma: n   8  1  2 8

Koordinációs szám: k  8 Térben középpontos köbös rácselemmel rendelkező elemek:

  Fe;   Fe; Cr; Mo; V ; W ; Nb; Ta; K ; Na; Li; Cs; Rb; Ba


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Lapon középpontos köbös rácselem típus: Az

atomok,

vagy

az

atomok

rezgésközéppontjai

egy

szabályos

kocka

csúcspontian, illetve az oldallapok átlóinak (lapátlók) a metszés pontjaiban helyezkednek el, és az atomok egymással az oldallapok átlói (lapátlók) mentén érintkeznek. a bc

      90


a 2 4

1 1 Egy rácselemben lévő atomok száma: n   8   6  4 8 2

Koordinációs szám: k  12 Lapon középpontos köbös rácselemmel rendelkező elemek:

  Fe; Au; Ag ; Cu; Ni; Pt; Pd ; Ir; Rh; Ca; Sr; Al ; Pb; Th



 TETRAGONÁLIS Térben középpontos tetragonális rácselem típus: Az atomok, vagy az atomok rezgésközéppontjai egy szabályos négyzet alapú hasáb csúcsain, illetve a testátlók (térátlók) metszés pontjaiban helyezkednek el. Az atomok a testátlók (térátlók) mentén érintkeznek egymással. a bc

      90

Rácsjellemzők: Az atom sugár a geometriai jellemzőkből határozható meg. 1 Egy rácselemben lévő atomok száma: n   8  1  2 8

Koordinációs szám: k  8 Térben középpontos tetragonális rácselemmel rendelkező elemek:   Sn

Torzult térben középpontos tetragonális rácsszerkezete van a martenzitnek, amelynek a fázis  ' ; a martenzit, illetve  ' nem elem, hanem az edzett acél szövetszerkezetének,

illetve

fázisának

a

neve.


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Lapon középpontos tetragonális rácselem típus: Az atomok, vagy az atomok rezgésközéppontjai egy szabályos négyzet alapú hasáb csúcsain, illetve az oldallapok felező vonalának

1 3 és magasságában 4 4

helyezkednek el. Az atomok az oldallap átlók felének a felezésében érintkeznek. a bc

      90

Rácsjellemzők: Az atom sugár a geometriai jellemzőkből határozható meg. 1 1 Egy rácselemben lévő atomok száma: n   8   4  3 8 2

Koordinációs szám: k  12 Lapon középpontos tetragonális rácselemmel rendelkező elemek: In



 HEXAGONÁLIS Szoros illeszkedésű hexagonális: A hexagonális rácsban az atomok, vagy az atomok rezgésközéppontjai egy szabályos hatszög alapú hasáb csúcspontjain, a hatszögalapok középpontjában, illetve

a

hatszög

alapú

hasáb

félmagasságában

a

hatszögalapot

alkotó

háromszögekből felépülő szabályos tetraéderek által meghatározott helyeken találhatók meg. Az atomok egymással a tetraéderek oldalélei mentén érintkeznek.

a bwc

a1  a2  a3  c

      120    90 1  2  3  120    90 Rácsjellemzők: Atomsugár: r 

a 2

1 1 Az egy rácselemben lévő atomok száma: n  12   2   3  6 6 2

Koordinációs szám: k  12 Szoros illeszkedésű hexagonális ráccsal rendelkező elemek: Cd ; Mg; Be; Zn; Ti; Co; Hf ; Zr; Re; Rn; Os; La; Te



Miller-indexek Szerepük: segítik a tájékozódást a kristálytani síkok és irányok között. Meghatározásukhoz

szükséges

egy

térbeli

merőleges

jobbsodrású

koordinátarendszer. Jobbsodrású a koordinátarendszer akkor, ha az x tengelyt a legrövidebb úton beforgatjuk az y  ba , és a z tengely pozitív iránya egy jobbmenetű csavar emelkedési irányával egyezik meg. (Az x vagy y tengely merre mutat, az teljesen mindegy, csak ehhez képest a koordinátarendszer jobb sodrású legyen.) A sík Miller-indexének a képzése: 1. Vesszük, vagy meghatározzuk a síknak a koordináta-tengelyekkel vett

metszéspontjait x  ...

x  ...

y  ...

y  ...

z  ...

u  ... (hexagonális rács esetén) z  ...

2. Sorba rendezzük x, y, z, illtve x, y, u, z 3. Képezzük a tengelymetszetek reciprokait 4. A reciprokokat közös nevezőre hozzuk, ahol a közös nevező a legkisebb

közös többszörös 5. Az így kapott tört számlálója képezi az adott sík Miller-indexeit; ha azokat

gömbölyű zárójelbe tesszük.


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Pl.: A síknak a koordináta tengelyekkel vett metszéspontjai: y  7

x 1

z 3

x  1, y  -7, z  3

1 1 1 1 7 3

21 3 7  (21 3 7) 21 21 21

Ha adott egy sík Miller-indexeivel, és ábrázolni kell a síkot, ugyanúgy járunk el, mint a Miller-indexek meghatározása során. Pl.: (5 0 4) 1 1 1 5 0 4

4 5   azaz a sík koordináta tengelyekkel 20 20 vett metszéspontjai x  4 y   z  5 (5 0 4) és minden ezzel párhuzamos sík


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Pl.:

z 3 x 1 y

x 1 y   z  3

1 1 3 3

1 

0

1 3 1  (3 3

0

1)

Pl.: z  6

x 2 y  x2 y z6 1 1 1 2  6

3 1 0  (3 0 1) 6 6

Párhuzamos síkok Miller-indexei megegyeznek.


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Az irány Miller-indexeinek meghatározása Az irány Miller-indexe nem más, mint az origóból az adott pontba mutató vektor. Az irány Miller-indexét megkülönböztetve a sík Miller-indexétől nem gömbölyű, hanem szögletes zárójellel jelöljük. Pl.: [3 0 1] Pl.: [3 1 4]

Pl.: (6 3 4); [6 3 4] 1 1 1 2 4 3   x  2; y  4; z  3 6 3 4 12 12 12

Az azonos Miller-indexű sík és irány egymásra mindig merőleges. A sík irány Miller-indexe nem más, mint a síknak a normálvektora.


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Síkcsalád: A kristálytanilag azonos értékű, azaz azonos atomelrendeződésű síkokat egy síkcsalád tagjainak nevezzük. Jele: {... ... ...} Pl.: {1 1 1} 

(1 1 1); (1 1 1); (1 1 1); (1 1 1) (1 1 1); (1 1 1); (1 1 1); (1 1 1)

Iránycsalád: Olyan kristálytani irányok összességét értjük, amelyek kristálytanilag azonos értékűek,

rajtuk

az

atomok

elrendeződése,

szabályszerű

ismétlődése

megegyezik, azonos. Jele:  ... ... ... 

[1 1 0]; [1 0 1]; [0 1 1] Pl.:  1 1 0  

[1 1 0]; [1 0 1]; [0 1 1] [1 1 0]; [1 0 1]; [0 1 1] [1 1 0]; [1 0 1]; [0 1 1]


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Rácsok jellemzők: Atomsugár: e.k.:

r

a 2

t.k.k.:

r

a 3 4

l.k.k.:

r

a 2 4

hexagonális: r 

a 2

Egy rácselemben lévő atomok száma: 1 e.k.: n  8   1 8 1 t.k.k.: n  8   1  2 8 1 1 l.k.k.: n  8   6   4 8 2 1 1 hexagonális: n  12   2   3  6 6 2

Koordinációs szám: e.k.: k  6 t.k.k.: k  8 l.k.k.: k  12 hexagonális: k  12


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Térkitöltés: A térkitöltés, vagy a térkitöltési tényező azt mutatja meg, hogy a rács térfogatának hány százalékát tölti ki az atomok térfogata. Jele: T Egyszerű köbös rácselem típus esetén:

4  r3  n V n Vatom1 3 T  atomok  100   100   100  ... Vrács Vrács Vrács 3

a a3 4     4   2 8 1   1  3 3 ...   100   100   100  52,36% 3 3 a a 6 Térben középpontos köbös rácselem típus esetén:

T

Vatomok n Vatom1  100   100  Vrács Vrács

n

4  r3  3  100  ... Vrács

3

a 3 a3  3 3   4   4    4  444 2  2 3 3 ...   100   100  ... a3 a3 ... 

3   100  68,02% 8

Lapon középpontos köbös rácselem típus esetén:

T

Vatomok n  Vatom1  100   100  Vrács Vrács

n

4  r3  3  100  ... Vrács

3

a 2 a3  2  2   4   4    4  444 4  4 3 3 ...   100   100  ... a3 a3 ... 

2   100  74,05% 6


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 A legnagyobb idegen atom mérete és helye a kristályrácsban (A legnagyobb rácshézag mérete és helye a kristályrácsban) Ennek az ismeretének az ötvözésnél van szerepe, hogy mekkora idegen atomot, valamint hány darab idegen atomot helyezhetünk el a rácsban, azaz a rácshézagba illeszkedő idegen atom vagy atomok okoznak e rácstorzulást vagy nem. Egyszerű köbös rácselem típus

a  2   a  2

2

 2r  2r*

r

a 2

2  a2  a2  2  r  2  r * 3  a2  2  r  2  r * a  3  2r  2r* a  3  2r  r* 2 a 3 r  r* 2 a  2





3 1  r * Kecskeméti Főiskola GAMF Kar | 19

Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Térben középpontos köbös rácselem típus

r

a 3 4 2

2

a a k       2 4

a2 a2   4 16

4  a2  a2 5  a2 a  5   16 16 4

k  r r* a 5  r r* 4 a 5 r  r* 4 a 5 a 3   r* 4 4 a  4





5  3  r*


Készítette: Kecskés Bertalan 2012 Lapon középpontos köbös rácselem típus

r

a 2 4

a  2r  2r* a  2r  r* 2 a r  r* 2 a a 2   r* 2 4 2a a  2   r* 4 4 a  2 2  r* 4






Készítette: Kecskés Bertalan 2012

Recommend Documents