Контрольная работа. по предмету «Материаловедение»

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДИРАЦИИ

Федеральное агентство воздушного транспорта

Рыльский авиационный технический колледж – филиал

федерального государственного бюджетного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

 

по предмету «Материаловедение»

 

студента заочного отделения

 

Колодий Евгения Евгеньевича

 

Вариант 11

1)Каковы основные виды химической связи в материалах и чем они характеризуются?

При сближении атомов до расстояния нескольких долей на­но­­­­ме­тра (1нм=10-9 м), между ними появляются силы вза­и­мо­дей­ст­­вия. Если эти си­лы являются силами притяжения, то атомы мо­гут со­­­е­ди­няться с выделением энергии, об­­разуя устойчивые хи­ми­­че­с­кие со­е­ди­нения. При этом электроны внутренних и внешних обо­­­ло­­чек ато­мов ведут себя по-разному. Электроны внутренних, по­­л­­­­­­ностью за­по­л­нен­ных оболочек прочно связаны с ядром и не уча­­­­­ствуют в об­ра­зовании химических связей. Строение внешней, не пол­ностью за­по­лненной электронами оболочки определяет хи­­­­­­мические свойства ато­мов в образовавшемся соединении. Электроны, находящиеся на внешних оболочках, являются ва­­ле­­нт­ными. Валентность атома оп­­ре­де­ляется числом этих эле­к­т­ро­нов. Все многообразие суще­ству­ю­щих в природе мате­риалов ха­­ра­­­к­те­­ризуется нес­ко­ль­­кими ви­да­ми химической связи. Ковалентная (гомеополяр­ная) связь. При наличии такой свя­­­­зи объ­­­­­­­­­­­­единение атомов в мо­ле­­кулу до­­­стигается за счет элек­т­ро­­­нов, ко­­­­то­­­рые становятся об­щи­­­ми для пар ато­мов (рис. 1.1). Пло­­т­­ность от­­­­ри­­­ца­тельно заря­жен­­ного электрон­но­го облака ме­ж­­­ду по­ло­­­жи­­­­те­­ль­но за­ря­женными ионами получается наиболь­­шей. По­­яв­ле­­­­­ние со­­с­то­я­ния с повышен­ной пло­­тностью элек­т­ро­н­но­го заря­да в меж­­и­он­ном пространстве при­­­во­дит к во­з­ни­к­но­ве­нию сил при­­тя­­же­ния между атомами.

Ковалентная связь ха­ра­к­терна как для ор­ганических так и для неорганических со­е­­ди­не­ний. К неорганическим ве­­ще­с­т­вам с ковалентной свя­зью от­но­­сятся алмаз, кре­м­ний, ге­р­ма­ний, ар­се­нид гал­лия (GaAs), ка­р­­бид кре­м­ния (SiC) и дру­гие, яв­ля­­ю­щи­­еся по­лу­про­во­д­ни­ка­­ми. Мно­­­­­­гие по­лу­­про­вод­ни­ки кри­­­­­­с­­­­тал­­ли­зу­ются в стру­к­­­­ту­ре ал­ма­за, в ко­то­рой ка­­ж­дый атом об­­ра­зу­ет че­­­тыре связи со своими бли­­жай­ши­ми со­­се­дя­­ми. Ко­­­валентная связь в не­ор­­га­ни­че­ских ма­териа­лах ха­ра­к­те­­ри­зу­ет­ся высокой про­ч­но­с­тью. Под­твер­ж­дением это­­­му яв­­­­ля­е­т­ся высокие тве­рдость и тем­пе­ратура пла­вления алмаза, крем­ния и др. Ионная (гетеро­по­ля­р­ная) связь. Наблюдается в хи­ми­чес­ких со­е­­­ди­нениях ато­мов металла с метал­ло­идными атомами (типа NaCl). Ионная связь возникает вслед­с­т­вие перехода ва­лентных эле­­ктронов от металлического атома к металлоидному и, как ре­зу­­льтат, возникновению электростатического притяжения раз­но­и­мен­но заряженных атомов друг к другу. На рис. 1.2 схе­ма­ти­чес­ки представлена трехмерная решетка гипотетического ион­ного кри­сталла, где атомы метал­ла изображены в виде точек (по­ло­жи­те­льно заряженные ионы - катионы), а атомы металлоида - в виде кру­жочков (от­ри­цательные ионы - анионы). В решетке ион­ного кри­сталла че­ре­дуются ионы различного сорта. Способность ато­ма захва­тывать электрон при образовании ион­ной хи­ми­чес­кой свя­зи называется электроотрицательностью. Чем бо­ль­ше раз­­но­сть электроотрицательностей атомов, участвующих в об­­ра­зо­ва­нии химической связи, тем боль­ше степень ионности со­е­динения

Металлическая связь. Существует в системах, построен­ных из положительных атомных остовов, находящихся в сре­­де сво­бо­д­­ных коллективизированных электронов (рис. 1.3). При­тяжение ме­­­жду положительными ионами и электронами обу­славливает су­ще­­­­ствование металлов как химических сое­ди­не­ний. Ме­та­л­ли­чес­кую связь можно рассматривать до не­ко­то­рой степени как ко­ва­ле­­­­­нтную связь, поскольку в ее основе ле­жит обобществление вне­ш­­­­них валентных электронов. Спе­ци­фи­ка металлической свя­­зи со­с­тоит в том, что обобществленные эле­ктроны свободно пе­ре­ме­ща­­­ются внутри всей решетки, об­разуя "элек­тронный газ".

По­э­то­му металлическим материалам свойственны плас­ти­ч­но­сть, вы­со­кая электро- и теплопроводность. Молекулярная связь (связь Ван-дер-Ваальса). Этот вид хи­ми­че­с­­­кой связи наблюдается у ряда веществ (парафин, жидкие кристаллы) между мо­ле­ку­ла­ми с ковалентным характером внутримолекулярного вза­и­мо­дей­ствия. Вещества с молекулярной связью характеризуются сра­в­­­­­­нительно низ­кой температурой плавления и невысокой ме­ха­ни­че­ской прочностью.