Az anyag felépítéséről A mérnöki tevékenység elengedhetetlen feltétele: Az anyag makroszkópikus felépítésének ( anyagjellemzők, fizikai, szilárdságtani jellemzők…) ismerete. Nem érthető meg az anyag mikrostruktúrájának ismerete nélkül! Az anyag felépítésének egyik vizsgálati területe a Kémiai szerkezet

Az anyag makroszkópikus tulajdonságai „minden anyag” ? A „kémiai anyag” (kémiai elemek és azok vegyületei) A „tapintható érzékelhetőség szerint szilárd gáz folyékony plazmaállapot elfajult szilárd állapot > 104 0C > 106 bar Szuperkritikus állapotú folyadékok Tkritikus fölött, nagy nyomáson

Ha az anyag kémiai úton nem bontható Kémiai szempontból legegyszerűbb testek felosztható Kémiai elemek Kémiailag nem egységes, kémiailag bonthatók Összetett testek Keverékek Vegyületek Mechanikai keveredés, fizikai kötőerők Kizárólag kémiai kötöerők (komponensek és fázisok száma)

Az atomok szerkezete Az atom tulajdonságai megegyeznek a kémiai elem makroszkópikus mennyiségének tulajdonságaival Közelítőleg gömb alakúak, méretük nagysádrendje: Tömegének döntő része a pozitív töltésű atommag. Szokásos jelölése: tömegszám Proton + neutron rendszám Protonok száma Helye a periódusos rendszerben

A negatív töltésű elektronok a mag körüli elektronhéjban a pozitív töltésű mag tartja meg mozgáspályájukon. Belső elektronhéjak Energetikai szempontból kedvező helyzetűek, „lezártak”, megbontásuk nagy energia igényű „elektonoktett” Felépítesük szerint Kémiai reakciókban (általában) nem vesznek részt Külső elektronhéjak Feltöltetlenek Nemesgáz konfigurációra való törekvés A kémiai sajátságokat elsősorban ezek határozzák meg

Az elemek legfontosabb jellemzői Rendszám („magtöltés”) „vegyérték” Kémiai jellem „vegyérték” „hány hidrogénatomot képes megkötni, vagy helyettesíteni”. 1-8 közötti érték Nem fémes (negatív) H, C, N, O, F, P, S, Cl,… Kémiai jellem szerint „Átmeneti jelleműek” (amfoter) B, Si, Ge, As, Sb, …. Fémes jelleműek (pozitív)

Elektronok száma a külső héjon Rendszám Kémiai jellem Közötti összefüggés „Periódusos rendszerek” (Mengyelejev I – VIII oszlopú rendszere) Elektronok száma a külső héjon Fémes elemek 1 - 2 Átmeneti (amfoter) elemek 3 - 5 Nem fémes elemek 5 - 7

- + Az elemek elektronegativitása (Pauling) Az az erő amellyel a molekulában levő atom a kötést létesítő elektronokat magához vonzza Ionizációs energia elektronaffinitás A semleges atom, vagy molekula egyik elektronjának leválasztásához szükséges energia 1 mól negatív ion létrehozásához szükséges energia kationok anionok + - Elektromos térben Katód felé mozdulnak el Anód felé mozdulnak el

A kémiai elemek legkisebb része az atom Kémiai (és a klasszikus fizikai) módszerekkel tovább nem bontható része A molekula a kémiai anyagok azon legkisebb része, még viseli az anyag (vegyület) kémiai sajátosságait Atomok Vegyületek Az „önként végbemenő” reakciók Reakcióhő vegyületek Molekulák más csoportosításban

Molekulaszerkezet, a kötés „A molekulaszerkezet a molekulákat létrehozó atomok minősége,mennyisége, az atomok geometriai elrendeződése, a köztük működő erők jellege, nagysága, iránya, stb. által megjelenő tulajdonságok összessége.” Az atomok másféle csoportosulása Atomok Az elektronok mozgásának megváltozása a külső, le nem zárt elektronhéjakban vegyületek Az új (tulajdonságú) vegyület Kémiai reakció Minőségi változás

A kémiai kötés negatív töltéssűrűség-eloszlás szerinti két fő típusa Kovalens kötés Ionos kötés Folyamatos átmenet! „Poláros kovalens kötések”) A kötési erők szerint „elsőrendű” kötések Másodrendű kötések (Intermolekuláris erők) A fémek különleges kötése, a fémes kötés

A kötőelektron csak az egyik atomhoz tartozik Az ionos kötés¨(heteropoláris, elektropoláris kötés): Pl. Na Cl A kötőelektron csak az egyik atomhoz tartozik 1 külső elektron Pozitív, és negatív ionok keletkeznek Kötöerő az elektrosztatikus vonzás Nincs valódi molekula Lásd. Oldódás, eletrolitok 7 külső elektron

Kovalens kötés (atomos kötés, homöopoláris kötés) Pl. H2 , klór, N2 molekula A kötést olyan elektronok hozzák létre amelyek legalább két atomhoz tartoznak. „Kötő elektronpárok” A kovalens kötésű vegyületeket valódi molekulák alkotják Lásd. Oldódás, valódi oldatok A kapcsolat nem elekrosztatikus jellegű (a molekulák nem ionokból állnak)

Dipólus-molekulák („átmeneti formák”) Az elektroneloszlás nem szimmetrikus, a töltések súlypontja nem esik egybe, dipolusmomentum.

természetes, vagy mesterséges óriásmolekulák (pl. műanyagok) A „makromolekulák” természetes, vagy mesterséges óriásmolekulák (pl. műanyagok) Kis molekulájú anyagok makromolekulák polimerizáció „monomerek” „polimerek” Az atomok között erős kovalens kötések, a molekulák között gyengébb intermolekuláris erők hatnak

Másodrendű kötések ( intra-, illetve intermolekuláris kapcsolatok) van der Waals - kötések Lezárt elektronhéjú ( Pauli elv szerint „semleges”) atomok és molekulák között ható erő összefoglaló megnevezése: Közelreható Kis kötési energiájú erők Dipólusos molekulák Víz Nemesgázok Hidrogénkötés, hidrogénhíd ( pl. hangyasav), (H2O , H2S) Fémes kötés Komplex vegyületek, ionok a koordinációs kötés [Fe ( CN)6 ]4-, Al(OH)2+ (5H2O) ?

A szilárság elméleti alapjai Részletesen a következő órán! A kristályos anyagok (az építőanyagok ) elméleti szilárdsága az egyes atomok közötti kötési energia értéke. Az egyensúly, a stabilitás feltétele a taszító és vonzó erőkre: Az ionok közötti elméleti szilárdság azzal az erővel jellemezhető, amely fellép, ha az ionokat közelítik, ( nyomóerő) vagy távolítják (húzóerő). (A nyomószilárdság fizikai értelemben nem is értelmezhető!)

Az ionok csak annyira kerülhetnek közel egymáshoz, hogy a lezárt elektronhéjaik ne hatolhassanak egymásba! Az eredő görbe Erőegyensúly az rO távolságban van Nyugalmi helyzet Az eredő görbének rK távolságban maximuma van! Az elektrosztatikus vonzóerők a távolság négyzetével fordítva arányosak!

A húzóerők távolítják az ionokat egymástól! Erőegyensúly az rO távolságban van FK kritikus erő ! rK kritikus távolság A húzószilárdság az rK és a FK–val jellemezhető, => a húzószilárdság anyagjellemző!

A nyírószilárdság értelmezése FK kritikus erő ! rK kritikus távolság

A nyíróerővel egyidejűleg ható nyomóerő hatása A nyomóerő hatására r0 –ról r1-re csökken az iontávolság A kritikus iontávolság eléréséhez nagyobb nyíróerőre van szükség

A rugalmassági modulus értelmezése A nyugalmi helyzethez húzott érintő iránytangense Az eredőerő az iontávolsággal arányosan változik Hook –féle arányossági törvény (anyagminőség függő)

Nyomóerő hatása a kristályrácsra A nyomóerők hatására az iontávolság csökken, a taszítóerő nő. Ennek hatására a terheletlen irányban Keresztirányú megnyúlás következik be. A tönkremenetel nem az összenyomódás, εl , hanem a keresztirányú megnyúlás εk következtében lép fel.

A nyomóerő hatására fellépő keresztirányú változás (anyagjellemző), nagyságának megadása Poisson-tényező Poisson-szám

összefoglalva