A rugalmassági modulus értelmezése

Az előadások a következő témára: "A rugalmassági modulus értelmezése"— Előadás másolata:

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

2 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.

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

4 A kristályok termikus tulajdonságairól
A rácselemek (atomok) a rácsba elfoglalt helyük körül hőmozgást végeznek Ha a mozgások amplitúdója eléri a ütközés értékét, bekövetkezik az olvadás A mozgás amplitúdója nagyobb, ha a görbe meredeksége kisebb (ugyanazon erőhöz nagyobb elmozdulás tartozik) Kis rugalmassági modulusú anyagok Kis hőtágulási együttható Nagy olvadáspont

5 A ridegség, és a képlékenység értelmezése
Tapasztalataink szerint A képlékeny alakváltozás a fémes kötések jellemzője Az ionkötések ridegen törnek

6 Feszültség alakváltozás görbe
R0 közelében a változás lineáris

7 Ha r eléri rk értékét törés, repedés történik
A terhelés a hibamentes helyekre tevődik át A rácssíkok állandó iontávolság mellett mozdulnak el „képlékeny alakváltozás”

8

9 A képlékeny alakváltozási képesség annál nagyobb, minél kisebb a rácshibák száma
„Mérethatás” A méret csökkentésével csökken a hibahelyek száma Ugyanabból az anyagból készült nagyon vékony szálak [μm] szilárdsága megközelítheti az elméleti szilárdságot! Porózus anyagok A pórus durva rácshibának tekinthető Repedések kiindulási helyei Lényegesen befolyásolják a szilárdsági tulajdonságokat

10 összefoglalva

11 Szilárd hallmazállapotú testek kristályos állapot
A folyadék Szilárd hallmazállapotú testek kristályos állapot Makromolekulás anyagok kristályos Nem kristályos (üvegszerű, amorf) Kristályos anyagok: Az ásványok legnagyobb része A mesterséges anyagok jelentős hányada Szerves anyagok Palotás137 de, átkristályosodás („ónpestis”) A legállandóbb állapotnak tekinthető módosulatai allotropia polimorfia (Kalcit, aragonit) (grafit, gyémánt) (vegyületek esetén)

12 A rácsalkotók ismétlődése határozott rendben →térrács →kristályrács
A rácselemek térbeli elhelyezkedésűek, térrácsot alkotnak Pl. kősó, kvarc, fémek Kijelölhető három rácselemsort alkotó egyenes Pl. azbeszt (az atomkapcsolat egyik irányban nagyon erős, „szálasítható) Két pontsorból képezhetők a síkhálók Pl. grafit („kenhető”) A kötőerők a tér különböző irányaiba mások lehetnek Egy-, két-, és háromdimenziós jellegű kristályok

13 A kristályszerkezet megismerése:
A szilárd testek –gyakorlatban tapasztalt - anizotrópiája kristályállapotukkal függ össze Kristály az olyan anyag, melyben a kristályalkotók, a rácselemek (atomok, molekulák, ionok) határozott rendben helyezkednek el, térrácsot, kristályrácsot alkotva. A kristályszerkezet megismerése: pal138 A kristályok hasadásából Elemi paralelepipedonokből épülnek fel? =>A makroszkópikus tulajdonságok magyarázhatók

14 Bravais ( ) Legyenek a paralelepipedonok rácspontok úgy, hogy a rácspontok szorosan egymás mellé helyezett paralelepipedonok ( az elemi cellák) csúcspontjai. Így minden rácsponthoz egy elemi cella rendelhető, mivel a nyolc csúcs mindegyike további nyolc cellához tartozik hozzá. Ezek a elemi cellák. A rácselemek távolsága egy-egy irányban azonos rácselemek A tér másik két kitüntetet irányában a rácstávolság más lehet , rácsállandó

15 Bravais-rácsok

16

17

18 Kristályformák prizma piramis dipiramis romboéder diszfenoid rombododekaéder trapezoeder szkalenoéder hexaéder oktaéder

19 A kristályrácsok fajtái
A kristályok felosztása a rácselemek között ható erők szempontjából ionkristályok Ionok, elektrosztatikus erők atomkristályok ionrács Nem fémes elemek Kovalens kötés atomrács molekulakristályok molekulák van der Waals, hidrogénhíd fémkristályok molekularács Rácselemei pozitív fémionok fémrács

20 ionkristályok A legtöbb só, oxid, szulfid, (pl. KCl, NaCl, KF, AgCl, MgO, CaO, PbS, CdS, NH4Cl, …) Nagy keménység Magas olvadáspont Kis illékonyság Jó szigetelőképesség Lapcentrált szabályos térrács Minden Na+ iont hat Cl- veszi körül Az ún. koordinációs szám 6

21 atomkristályok Nagy keménységűek, magas olvadáspontúak Az elektromosságot általában nem vezetik A tetraéder csúcsain és középpontjában egy-egy szénatom van Hatszögletes rendszerű réteges rács

22 molekulakristályok A legtöbb szerves vegyület Kevésbé kemények Illékonyabbak Alacsonyabb olvadáspont A jég is molekulakristályokat alkot A tetraéder középpontja „O” atom NaCl típusú rács 2 hidrogénatom 1,7 Angström-re 2 hidrogénatom 1Angström-re Irányítatlan van der Waals erők irányított hidrogékötések

23 A molekula és az ionrács közötti átmenet molekularács ionrács
A szilikát építőelemek, SiO2, SiO4, kötődésétől függően A szilícium – dioxid, (SiO2) módosulatai szerint, (kvarc, krisztoballit, tridimit) p145

24 Fémek a legszorosabb illeszkedésű fémes rácsokban
fémkristályok Fémek a legszorosabb illeszkedésű fémes rácsokban A fémek alakíthatóságát, képlékenységét a szoros gömbi illeszkedésű kristályszerkezet adja. Az ötvözetek szilárd oldatok, összetételük kémiailag nem kötött. p146 Szubsztitúciós ötvözetek (minden atomnak szabályos helye van) Intersztíciális ~ (rácsközi, az ötvöző általában nemfémek)

25 A tökéletes kristálytól való eltérés
Reális kristályok, rácshibák A tökéletes kristálytól való eltérés Ponthiba Vonalmenti hibák (diszlokációk) Síkhibák p147 Térhibák

26 Ponthiba

27 Vonalmenti hibák (diszlokációk)
Több rácselemhiba egy irányban

28 A tökéletes kristálytól való eltérés
Reális kristályok, rácshibák A tökéletes kristálytól való eltérés Ponthiba Vonalmenti hibák (diszlokációk) Síkhibák Pl. az anyag eltérő kristálymódosulatainak határán p147 Térhibák Hiányhelyek, pórusok, ideden anyagok zárványai

29 A kristályosodást befolyásoló külső tényezők
Meghatározhatják a kristályok méretét, szövetszerkezetét: A kristályosodás sebessége Gyors hűtés nagy kristályok, durva szövetszerkezet Szövetszerkezet megváltoztatása => „edzés” A hőmérséklet Pl. Alacsony hőmérséklet, a hosszúrostú kalcium-szilikát-hidrátok képződésének kedvez. ( Cement szilárdulása) b24 Idegen anyagok jelenléte Pl. kristálycsírák jelenléte, vagy hiánya

30 A nemkristályos ( amorf állapotú ) anyagok szerkezete
( A szilárd testek kisebbik csoportja ! ) A legtöbb kristályos test krisztallitokból álló, polikristályos anyag ! Makroszkópikusan izotrópnak tekinthető (krisztallittulajdonság átlaga) Makroszkópikusan is anizotróp egy kristályból álló anyagi test Alkotórészei egyáltalán nem rendeződnek kristályrácsba ! Makroszkópikus tulajdonságaik iránytól függetlenek, izotrópok „üvegszerű anyagok” Különféle üvegek gyanták Szerves műanyagok celulóz gyapjú

31 Üvegszerű anyagok Nincs éles olvadáspontjuk Túlhűtött, befagyasztott folyadékok Legjellemzőbb üvegyszerű állapot: SiO2 , B2 O3 , alkáli- alkáliföldfémekkel, Pb stb. oxidjaival alkotott vegyületei. Az üvegképző oxidok Hálózatképző Önmagukban is üvegképzők (szilícium-dioxid, bór-trioxid ) Átmeneti oxidok Hálózatképző és módosítók ( Pb, Sn, Zr, Al, oxidjai) Módosító oxidok

32 Na2CO3 +CaCO3 +6SiO2 → Na2 ∙ CaO ∙ 6SiO2 + 2CO2
Módosító oxidok Ca, Mg oxidjai K, Na oxidjai szerkezetstabilizálás Olvasztó hatásúak A „közönséges üveg” Olvadékban végbemenő reakcióval: 1100 – C - on Na2CO3 +CaCO3 +6SiO2 → Na2 ∙ CaO ∙ 6SiO2 + 2CO2 „hálózatképző” „módosítók”

33 kvarcüveg A rendezettség nem terjed ki az egész testre Az üvegszerű állapot metastabilis „Átkristályosodás” Kvarc kristály Szerves polimerek Szervetlen polimerek

34 Ortoszilikát ion Térbeli szerkezete : alapvetően a tetraéderes szimmetria jellemzi A tetraéder csúcsain oxigénatomok A középpontjában szilícium atom

35 A tetraéderek, oxigénatomok közvetítésével összekapcsolódhatnak, láncot alkothatnak,
nyílt láncú poliszilikátion Az Si – atomok egy részét más fématomok, (pl. Al ) helyettesíthetik, így jönnek létre az alumínium-szilikátok [SiO4]4- , [AlO4]5- ,

36 A kvarc síkbeli szerkezete:

37 „réteges szerkezetű szilikátok”
Magnézium és vízmolekulák a szilikátrétegek között A víz részben felvehető, ( agyagásványok duzzadása! ) Leadható, Zeolitszerkezet, zeolitok

38 Általános képletük: Laza kötésű víz [SiO4]4- , [AlO4]5- , Ionok által alkotott, negatív töltésű térbeli háló A negatív töltéssel ekvivalens, pozitív töltésű Egy- vagy kétértékű fématomok

39 Ha a kation alkálifém, (K+, Na+ , )
Ca2+, Mg2+, ionra cserélhető. A szerkezet összeomlása nélkül eltávolítható, a kötött méretekkel rendelkező szilikátváz megmarad „Molekulasziták”

40 Makromolekulás szilárd testek
A kovalens kötésű atomok száma nagy (103 – 106 nagyságrend) monomerek polimerek „minőségében új” szerkezet! Kis molekulák Mesterséges ~ Természetes ~

41 Polimerizáció: Polikondenzáció: Poliaddíció: n.A →(A)n ( Etilén → polietilén ) n (A-x)+n(B-y)+….→ (AB…)n+n. x. y C6H10O5 → C6H10O5 + n.H2O ( Poliészterek, Poliamidok, Fenoplasztok, aminoplasztok…) nA + mB → (AB)n+m (poliuretánok, epoxigyanták)

42 A makromolekulák felépülése
Szerves polimerek csoportosítása: hatóerők alak Térhálós szerkezet „ritka keresztkötésekkel”, (kaucsuk, gumi, vulkanizálással) Oldhatók, rugalmasak, nagy szakítószilárdság. Gyakori keresztkötésekkel (gyanták) Hőálló polimerek balázs30 De, nem oldódó, nem olvaszható bomlás nálkül, nagy szilárdság, kis alakváltoztató képesség

43 Szerves polimerek csoportosítása:
hatóerők A szekunder (van der Waals-erőtől függő tulajdonságok Ha nagyok, krisztallitok is keletkezhetnek < 8KJ/mol > 8KJ/mol (kaucsuk) Szálképző anyagok plasztomerek A szekunder erők összege nagyobb is lehet, mint a primer, Olvadás nélküli bomlás (pl. PVC

44 Amorf polimer termotechnikai görbéje, a szerkezeti műanyagok jellemzésére
Terhelés-tehermentesítés-alakváltozás fáziskéséssel-amorf polimereknél az alakváltozás mindig hőmérséklet függvénye

45 Három, jól megkülönböztethető állapot
elasztikus folyási dermedési Az átalakulások tartománya

46 A polimerek tulajdonságai a hőmérséklet függvényében
Minél nagyobb a polimerizációs fok annál nagyobb az elasztikus szakasz Kis polimerizációfok, vagy csak üvegszerű, vagy csak viszkózusan folyós