A KRISTÁLYSZERKEZET Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,

A KRISTÁLYSZERKEZET

Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,

-üvegek, műanyagok, elasztomerek.

Mi készteti az atomokat a kristályos szerkezet (rend) kialakítására?

Általános elv: az energiaminimumra törekvés. Az egységnyi térfogatban az energiaminimalizáció elve érvényesül. Ettől függ a kémiai kötés jellege és a kötés szimmetriája.

1. megőrizni az elektromos neutralitás elvét,

2. a kovalens kötések diszkrét jellege és iránya,

3. az atomok a lehető legszorosabban illeszkedjenek a fenti két elv teljesülése mellett.

A kristályszerkezet legfontosabb jellemzői:– a szerkezet szimmetriája (topológiai és kémiai rend),– a kristályos rácsban helyet foglaló elemek közötti kötés természete

(kovalens, ionos, fémes, másodlagos kötések),– a rácspontokban helyet foglaló elemek (atomok, ionok, molekulák).

Kristályrács= pontrács + bázis (fémeknél atomok)

A kristályszerkezet osztályozása szimmetriaelvek alapján:

Alapfogalmak: a kristályszerkezet legfontosabb jellemzője: periodicitás

egydimenziós rács (a: ) transzlációs vektor

A síkrács (kétdimenziós rács):

1a

2a

Térrács (háromdimenziós rács)

a1, a2, a3 transzlációs

vektorokkal jellemezhető

A kristályrácsot tehát jellemzi: a rács tetszőleges pontjából kiindulva (kezdőpont) bármely rácspont helye megadható, felépíthető transzlációs műveletekkel:

a1, a2, a3 elemi rácsvektorok (abszolút értékei: rácsparaméterek)

u, v, w tetszőleges egész számok.

321 aaar wvu

ua1

va2

wa3 r

A kristályrács jellemzői:

Kristálytani irányok: a kezdőpontot a rácsponttal összekötő vektor.

Kristálytani síkok: Miller-indexekkel jellemezhető

Koordinációs szám: egy atomnak hány legközelebbi szomszédja van.

Elemi cella: amelynek ismétlésével az egész rács felépíthető.

(- a rács összes jellemzőjét tartalmazza)

x 24

3

z

y

21

31

312

212

41

412

2 4 3

(6 3 4) → Miller-indexek

(párhuzamos, fizikailag egyenértékű síkok jelölése)

Az elemi cella jellemzői:

elemi cella ≠ primitív cella

Elemi rácsvektorok nagysága

Elemi rácsvektorok egymáshoz viszonyított szöge

Az elemi cellában lévő atomok száma:

Térkitöltés: Va/Vc

A gyakorlati szempontból legfontosabb rácstípusok és kristálytani alapfogalmak:

Miért fontosak?

– Mert a szerkezeti anyagokban (főként fémes rendszerekben, mint pl. Fe és ötvözetei) ezek a rácstípusok fordulnak elő.

– Mert a Fe és ötvözeteiben elforduló átalakulások megértéséhez feltétlenül kellenek.

Milyen fogalmak merülhetnek fel az egyes rácstípusokat illetően?

– Milyen sűrűn pakolt maga a kristályrács?

– Mekkora maga az elemi cella (aminek sokszorozásából maga a kristályrács felépül)?

– Milyen sűrű az atomok pakolása a kristálytani síkban vagy irányban?

– Milyen távol vannak a kristálysíkok egymástól?

Ezeket a kérdéseket válaszoljuk meg az egyes, fontos rácstípusoknál.

90

:kocka szabályos

321

321aaa

90

:istetragonál

321

321aaa

90

:ortorombos

321

321aaa

primitív térközepes felületen közepes

primitív térközepes

90

:trigonális

321

321aaa

32190

:monoklin

321aaa

90

:triklin

321

321aaa

120

90

:shexagonáli

3

21

321aaa

Síkok kristálytani jelölése (a Miller-indexek)

Mire valók? → fizikailag egyenértékű síkok jelölésére

Mi jellemzi a fizikailag egyenértékű síkokat?

- azonos pakolási sűrűség,

- egymástól azonos távolságra vannak.

Miller-index:

- egész szám,

- sík tengelymetszetének reciprokával arányos,

- rácsparaméter vagy elemi rácsvektor egységeiben kifejezve.

pl.:

l k h 6 3, 4, 2

12

4

12

3

12

2

1

4

1

3

1 2 4, 3,

,,,,

)1(000)1(000)1((001)(010)100100

:jelölése Síkok

111111111111111111111111111

:jelölése Irányok

Jelölések fontossága!!!

1 db. sík: (100), (010), (001) stb. → {100} (egyenértékű síkok)

minden egyenértékű sík: {100}

1 irány: [111]

valamennyi térátló jelölése: 111

Köbös kockarács jellemzői:

- síkok Miller-indexei a sík normálvektorát adják,

- rácssíktávolságokra:

- tkk felépítésére alkalmas síkok: Miller-indexek összege páros szám,

- fkk felépítésére alkalmas síkok: Miller-indexek vagy mind páros, vagy mind páratlan (itt a 0 párosnak számít)

222 l+k+h

a=d

0,524

6

π3a

3a

21π

34

gatcellatérfo

része eső cellába elemigömbök asűrűség pakolási

1 cellába eső atomok száma= 1


pakolási sűrűség= 0,68


koordinációs szám= 12


legsűrűbb illeszkedésű síkok {111} rétegrendje:

ABCABCABC


koordinációs szám= 12


legsűrűbb illeszkedésű síkok (0001) rétegrendje:

ABABAB

A szén allotrópjai

gyémánt: (ρ=3,51) C tetraéderes környezetben sp3 hibrid állapot

grafit: (ρ=2,22) rétegen belül erős kovalencia,rétegek között: van der Waals kötés,(a grafit kémiailag reaktívabb).

→ sp2 kötés a síkban

→ kötéserősség ≈ 1,3

C-C (rétegen belül)

A vas allotrópjai

tkk: fkk:

A KRISTÁLYSZERKEZET Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,

Documents