Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры естественнонаучного образования протокол №10 «27»

3. Ионная связь. Ионная связь обусловлена переходом электронов от одного атома к другому, в результате чего образуется электростатическое притяжение между положительными и отрицательными ионами. Данная связь характерна для солей и оксидов (NaCl, MgO, LiF), это направленная прочная связь, ограни­чивающая движение электронов. Ионным кристаллам свойственна малая электропроводность при низких температурах, электрический ток в ионных кристаллах обеспечивается направленным потоком ионов (ионная проводи­мость) 4. Атомные кристаллы. Металлическая связь. Ковалентные кристаллы характеризуются высокой температурой плавления, большой твердостью и малой электропроводно­стью, которая, как и у кристаллов с ионной связью, растет с повышением температуры. В ковалентных кристаллах, в отличие от ионных, электропроводность связана с направленным движением электронов. Ковалентную связь между атомами имеют Si, Ge, C (с решеткой алмаза). Металлическая связь возникает, когда атомы в решетке максимально плотно упакованы (модель жестких шаров). В результате электрические поля атомных ядер перекрываются. Электроны, находящиеся на внешних энерге­тических уровнях атомов под воздействием этих полей теряют связь со свои­ми атомами и становятся коллективными (свободными). В результате решет­ка металлического кристалла будет состоять из закономерно расположенных в пространстве положительных ионов и свободных электронов. Металлическая связь ненаправленная, электроны свободно перемеща­ются в решетке, обеспечивая высокую электро- и теплопроводность. У ме­таллических кристаллов электропроводность падает с повышением темпера­туры, т.е. они имеют отрицательный температурный коэффициент электро­проводности. Неметаллы (металлоиды), в отличие от металлов, имеют поло­жительный температурный коэффициент электропроводности, электропро­водность растет при повышении температуры. К металлам относятся Na, Al, Fe, Mg, Cr, W, Ti, Ni и другие; к неметаллам - газы (H, N, O, F, Cl), твердые кристаллы (B, C, Si, P, S, As). Некоторые кристаллы занимают промежуточное положение между идеальными типами. Например, некоторые фазы обладают металлической проводимостью, но имеют ковалентные связи. Так, при легировании железа кремнием помимо основной металлической связи возникает дополнительно ковалентная связь. 5. Сопоставление различных видов связи. Энергия связи. Химическое вещество имеет определённый качественный и количественный состав, он отражается химической формулой. Сложные вещества называют также химическими соединениями. Немолекулярны почти все вещества, слагающие земную кору: кварц, слюды, шпаты, оливин и другие минералы. По сути дела, из молекул состоят только вода и вещества нефти. Одно и то же по составу химическое вещество может находиться в разных агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном, например, лёд, вода и водяной пар). Плавление и кипение молекулярных веществ можно не относить к химическим явлениям, так как прочные связи при этом не создаются и не разрушаются. Многие немолекулярные вещества существуют только в твёрдом состоянии, а при попытке их расплавить не просто перестраиваются, а переходят в другие вещества. При одном составе могут быть разные варианты строения. Для их описания используют следующие термины: аллотропия, полиморфизм, изомерия. Даже простые вещества могут быть при одном составе по-разному устроены. Для молекулярных веществ и некоторых немолекулярных выполняется закон постоянства состава: соотношения между массами элементов, входящих в состав соединения не зависят от способа получения этого соединения. Вещества постоянного состава называют дальтонидами. Большинство немолекулярных веществ, в том числе, почти все минералы, имеет переменный состав, зависящий от способа получения. Вещества переменного состава называют бертоллидами. Литература Основная литература Добровольский, В.В. Геология: Минералогия, динамическая геология, петрография: учеб. для вузов / В.В. Добровольский. — М. : ВЛАДОС, 2004. — 320 с. Коровин, Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. - М.: Высш. шк., 2003. - 557 с. Третьяков, Ю.Д. Неорганическая химия. Т. 1, Физико-химические основы неорганической химии: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2004 — 240 с. Дополнительная литература Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: Учебн. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 862 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 1: учеб. для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 352 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 2: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 400 c. Вопросы для самоконтроля Дайте определение понятиям: ковалентная связь. Силы Ван-дер-Ваальса, дисперсионное взаимодействие, ориентационное взаимодействие, индукционное взаимодействие. Водородная связь. Ионная связь. Атомные кристаллы. Металлическая связь. Приведите примеры веществ с различным типом связи Сопоставление различных видов связи по энергии. Влияние типа связи на свойства твердых тел. Лекция 2. Анизотропия и симметрия кристаллов (2 час.) Цель- раскрыть сущность основных понятий кристаллохимии План Электронное строение твердых тел. Анизотропия и симметрия кристаллов. Классификация твердых тел по характеру расположения атомов. Содержание лекции: Электронное строение твердых тел. Анизотропия и симметрия кристаллов. Самая малая повторяющаяся единица структуры в кристалле называется элементарной ячейкой. Геометрия и положение атомов в пределах элементарной ячейки определяют структуру кристаллических материалов. Три длины ребер (a, b, c) и внутренние углы () используются для описания геометрии единичной ячейки. В зависимости от величины a, b, c и  определяют семь кристаллических систем координат и четырнадцать возможных элементарных ячеек (решетки Бравэ). Система Длины Углы Кубическая a=b=c  Тетрагональная a=bc  Моноклинная abc  Орторомбическая abc  Ромбоэдрическая a=b=c  Гексагональная a=bc   Триклинная abc  Некоторые из атомов в пределах элементарной ячейки могут принадлежать нескольким смежным ячейкам. Поэтому, для вычисления числа атомов в элементарной ячейке мы должны рассмотреть следующие вклады для частицы согласно ее положению: - Атомы, расположенные в центре грани, считают как 1/2; - Атомы, расположенные в центре ребер, считают как 1/4; - Атомы, расположенные в углах, считают как 1/8 В примитивной кубической ячейке число атомов в элементарной ячейке = 1; в объемноцентрированной кубической = 2; в гранецентрированной = 4. Коэффициент заполнения = (Объем атомов)/(Объем элементарной ячейки). Для примитивной кубической ячейки – коэффициент заполнения = 0.52; для объемноцентрированной кубической (ОЦК) - 0.68; для гранецентрированной кубической ячейки (ГЦС)- 0.74 Для определения кристаллографических направлений (индексов направлений) по осям [uvw] в элементарной ячейке необходимо: 1. Найти проекции вектора на три оси в единицах элементарной ячейки. A - 1,0,1;   B - 0,1/2,1;   C - 0,1,1/2; D - 1/2,1,0;   E - 1,1,0;   F - 1,1/2,0. 2. Привести отношение этих координат к отношению трех наименьших целых чисел. A - [101];   B - [012];   C - [021]; D - [120];   E - [110];   F - [210]. Плоскость в пределах кристалла определяется индексами Миллера (кристаллографические индексы). Для определения кристаллографических индексов (hkl) плоскости необходимо: 1. Найти координаты пересечения плоскости по трем осям в единицах элементарной ячейки. 2. Определить обратные величины этих значений. 3. Привести их к наименьшему целому, кратному каждому из полученных чисел. Существует два главных типа плоскостных (двухмерных) дефектов реальных кристаллов, которые называются дислокациями – краевая дислокация и винтовая дислокация. Дислокация - резкое изменение порядка атомов вдоль линии. Дислокации перемещаются по плоскости скольжения. Величина и направление скольжения определяются вектором Бюргерса, b. Для краевой дислокации направление скольжения перпендикулярно направлению дислокации. Для винтовой дислокации направление скольжения параллельно направлению дислокации. При пластической деформации металла смещение атомов происходит по плоскостям (как показано на рисунке) в направлении максимальной плотности атомов. Плоскости и направления скольжения образуют системы скольжения. Если существует много систем скольжения, тогда деформирование кристалла может происходить относительно легко и, такой металл является пластичным. ОЦК кристаллические структуры имеет до 48 систем скольжения. ГЦК кристаллические структуры имеет 12 систем скольжения. Кристаллические структуры, имеющие гексагональную плотную упаковку (ГПУ), имеют только 3 системы скольжения. Соответственно, большинство металлов с ГПУ кристаллической структурой (Мг, Zn, Be) менее податливы, чем металлы с ОЦК (W, Fe, K) или ГЦК (Cu, Al, Ni) структурой. 2. Классификация твердых тел по характеру расположения атомов. Расстояние между атомами меняется в зависимости от кристаллографических направлений. Это определяет анизотропию механических и физических свойств кристалла. Поэтому образцы, вырезанные из монокристалла в различных направлениях, будут иметь различные значения модуля упругости. ГЦК и ОЦК металлы имеют наибольший модуль упругости в направлении [111], в то время как наименьший - в направлении [100]. Реальные материалы состоят из множества хаотично ориентированных монокристаллов, что приводит к изотропии их свойств. Кристалл Структура Модуль упругости, ГПа [100] [111] Real Свинец ГЦК 7 28 14 Алюминий ГЦК 63 77 70 Медь ГЦК 70 196 112 Железо ОЦК 133 287 210 Некоторые материалы могут существовать в формах с различной кристаллической структурой при одном и том же химическом составе (полиморфизм). Это можно продемонстрировать на примере чистого железа, которое имеет объемноцентрированную кубическую (ОЦК) ячейку при комнатной температуре и гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру при 911 oC. Это изменение сопровождается уменьшением объема, так как структура ГЦК более плотно упакована, чем ОЦК решетка. Вторичная трансформация от ГЦК к ОЦК происходит при температуре 1392 oC. Вопросы для самоконтроля Назовите сингонии кристаллов. Приведите примеры кристаллов различных сингоний Сопоставление различных видов кристаллов по физическим свойствам Литература Основная литература Добровольский, В.В. Геология: Минералогия, динамическая геология, петрография: учеб. для вузов / В.В. Добровольский. — М. : ВЛАДОС, 2004. — 320 с. Коровин, Н.В. Общая химия / Н.В. Коровин. - М.: Высш. шк., 2003. - 557 с. Третьяков, Ю.Д. Неорганическая химия. Т. 1, Физико-химические основы неорганической химии: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2004 — 240 с. Дополнительная литература Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: Учебн. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова - 5-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2007. - 862 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 1: учеб. для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 352 с. Неорганическая химия. Т. 3, Химия переходных элементов: Кн. 2: учебник для вузов по напр. 510500 "Химия" и спец. 011000 "Химия": в 3-х т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. — М.: Академия, 2007 — 400 c.

Похожие:

	Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта высшего...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа – Химическое образование Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050101. 65 «Химия с дополнительной специальностью 050102. 65 Биология» Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... История и методология химии Направление — 050100. 68. Педагогическое образование Магистерская программа Химическое образование Форма...		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)		Учебно-методический комплекс обсужден на заседании кафедры естественнонаучного... Специальность — 050102. 65 Биология с дополнительной специальностью 050706. 65 Педагогика и психология Форма подготовки (очная)
	Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры прикладной лингвистики и образовательных технологий...		Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак Учебно-методический комплекс дисциплины...
	Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден...		Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального...