Orice ansamblu de particule materiale defineste un sistem ce se poate
caracteriza prin : omogenitate, izotropie si simetrie.
Omogenitatea intr-un sens larg, se defineste ca identitatea proprietatilor
pe intreg spatiul ocupat de ansamblul de particule si este o consecinta a unei
anumite distributii a particulelor constitutive. Identitatea proprietatilor se poate
obtine prin doua modalitati de ocupare a spatiului de particulele discrete:
- distribuirea haotica, statistica a particulelor in spatiul disponibil, ceea ce
atrage dupa sine echivalenta tuturor pozitiilor si directiilor in materialul considerat
(omogenitate statistica);
- distribuirea ordonata, cu repetari periodice a particulelor materiale,
distanta dintre particule pe o directie fiind constanta si diferita pe doua directii
invecinate.
Izotropia se refera la variatia proprietatilor fizice vectoriale in functie de
directie. Daca proprietatile sunt independente de directie, sistemul este izotrop iar
daca valorile numerice ale proprietatilor sunt in functie de directie, sistemul este
anizotrop.
Simetria unui sistem este exprimata prin invarianta sistemului fata de
deplasare. Din acest punct de vedere exista doua situatii limita: prima in cazul
sistemelor cu distributie complet aleatoare a particulelor si a doua cazul
sistemelor cu dispunere strict ordonata, unde se mai pastreaza doar invarianta fata
de translatie.
Gradul de simetrie sta la baza clasificarii corpurilor solide in trei stari
structurale: amorfa, cristalina si mezomorfa.
STIINTA MATERIALELOR
12
Starea structurala amorfa este caracterizata de dispunerea aleatoare a
particulelor intre care exista forte de interactiune. Aceste forte de interactiune pot
conduce chiar la realizarea unei dispuneri ordonate ce se limiteaza insa numai la
cateva particule (asa numita "ordine apropiata"). Ca exemplu tipic in acest sens
este sticla silicatica a carei structura are la baza tetraedri SiO4 dispusi aleator
(v. cap 7); structura amorfa mai este numita din aceasta cauza si stare vitroasa.
Dispunerea haotica a particulelor care nu se pot deplasa face ca starea amorfa
(vitroasa) sa fie considerata ca un "lichid inghetat" in care vascozitatea ridicata
impiedica ordonarea structurii.
Starea structurala amorfa confera corpurilor cateva caracteristici: izotropie
a proprietatilor, absenta formelor geometrice regulate proprii, absenta unui punct
de topire-solidifcare (pe masura ce temperatura creste, scade vascozitatea si se
ajunge la starea lichida) si energie interna mai mare decat a starii cristaline (in
aceleasi conditii de temperatura si presiune).
Starea structurala cristalina se caracterizeaza prin dispunerea ordonata a
particulelor, rezultand o aranjare periodica dupa cele trei directii (ordine extinsa
sau indepartata). Solidele cristaline prezinta proprietati caracteristice cum ar fi:
anizotropia proprietatilor, capacitate de a prezenta forme geometrice regulate
proprii la nivel macroscopic, punct (temperatura) de topire-solidificare (pe
masura ce temperatura creste, creste agitatia termica astfel ca la o anumita valoare
a temperaturii se rup legaturile care tineau particulele in structura ordonata).
Ordonarea particulelor in structura cristalina poate avea grade de simetrie
diferite, astfel ca in cele ce urmeaza in cadrul acestui capitol se vor introduce
notiunile de baza de cristalografie.
Starea mezomorfa sau precristalina se caracterizeaza printr-un inceput de
ordonare pe o directie sau intr-un plan a particulelor. Structura mezomorfa este
intalnita in special la cristalele lichide, materiale a caror utilizare la construirea
dispozitivelor electronice de afisare se bazeaza pe proprietatea lor de a-si modifica
orientarea particulelor in prezenta campului electric.
Indiferent de starea structurala, in functie de tipul particulelor constitutive
si de natura legaturii chimice preponderente, orice substanta poate fi incadrata in
una din categoriile: ionica, atomica, metalica sau moleculara. Relatia dintre tipul
legaturii chimice si principalele clase de materiale se poate ilustra asa cum este
schematizat in figura 1.1; asezand in varfurile tetraedrului cele patru tipuri de
Capitolul 1 Notiuni de structura cristalina
13
legaturi chimice, muchiile acestuia vor reprezenta trecerea continua de la un tip de
legatura la altul.
Pe baza acestei reprezentari se pot formula urmatoarele observatii:
- materialele metalice sunt caracterizate in principal de legatura metalica,
dar pot apare in cazul unor aliaje si legaturi de tip ionic (muchia 2-1) sau legaturi
de tip covalent (muchia 2-3);
Fig. 1.1. Schematizarea corelatiei dintre tipul legaturilor chimice si principalele clase de
materiale
- materialele ceramice si sticlele sunt caracterizate de legaturi ionice si
legaturi covalente in aceeasi proportie (muchia 1-3);
- materialele polimerice sunt substante moleculare cu legaturi covalente
sau legaturi de tip Van der Waals (muchia 1-4);
- majoritatea materialelor semiconductoare sunt substante cu legaturi
covalente, existand si compusi cu legaturi ionice (muchia 1-3).
1.2. Structura cristalina a metalelor
Pentru definirea principalelor notiuni de cristalografie se va studia cazul
metalelor, care ocupa in tabelul periodic pozitiile marcate in tabelul 1.1 si au
caracteristicile prezentate in tabelul 1.2.
STIINTA MATERIALELOR
14
Tabelul 1.1 Tabloul periodic al elementelor
IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA IB IIB IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB
1
H
1,01
0,046
2
He
4,00
-
3
Li
6,94
0,152
4
Be
9,01
0,114
Num[rul atomic
Simbolul chimic
Masa atomic[
Raza atomic[,]n nm
5
B
10,81
0,097
6
C
12,01
0,077
7
N
14,01
0,071
8
O
16,00
0,060
9
F
19,00
-
10
Ne
20,18
0,160
11
Na
22,99
0,186
12
Mg
24,31
0,160
Scade caracterul metalic 13
Al
26,98
0,143
14
Si
28,09
0,117
15
P
30,97
0,109
16
S
32,06
0,106
17
Cl
35,45
0,107
18
Ar
39,95
0,192
19
K
39,10
0,231
20
Ca
40,08
0,197
21
Sc
44,96
0,160
22
Ti
47,90
0,147
23
V
50,94
0,132
24
Cr
52,00
0,125
25
Mn
54,94
0,112
26
Fe
55,85
0,124
27
Co
58,93
0,125
28
Ni
58,69
0,125
29
Cu
63,55
0,128
30
Zn
65,38
0,133
31
Ga
69,72
0,135
32
Ge
72,59
0,122
33
As
74,92
0,125
34
Se
78,96
0,116
35
Br
79,90
0,119
36
Kr
83,80
0,197
37
Rb
85,47
0,251
38
Sr
87,62
0,215
39
Y
88,91
0,181
40
Zr
91,22
0,158
41
Nb
92,91
0,143
42
Mo
95,94
0,136
43
Tc
(98)
-
44
Ru
101,1
0,134
45
Rh
102,9
0,134
46
Pd
106,4
0,137
47
Ag
107,9
0,144
48
Cd
112,4
0,150
49
In
114,8
0,157
50
Sn
118,7
0,158
51
Sb
121,7
0,161
52
Te
127,6
0,143
53
I
126,9
0,136
54
Xe
131,3
0,218
55
Cs
132,9
0,265
56
Ba
137,3
0,217
57
La *
138,9
0,187
72
Hf
178,5
0,159
73
Ta
180,9
0,147
74
W
183,9
0,137
75
Re
186,2
0,138
76
Os
190,2
0,135
77
Ir
192,2
0,135
78
Pt
195,1
0,138
79
Au
197,0
0,144
80
Hg
200,6
0,150
81
Tl
204,4
0,171
82
Pb
207,2
0,175
83
Bi
209,0
0,182
84
Po
(209)
0,140
85
At
(210)
-
86
Rn
(222)
-
87
Fr
(223)
-
88
Ra
226,0
-
89
Ac **
227,0
-
104
Rf
(260)
-
105
Ha
262,0
-
106
Unh
(263)
-
107
Uns
(262)
-
108
Uno
(265)
-
109
Unn
(266)
-
Lantanide *
(Lantanoide)
58
Ce
140,1
0,182
59
Pr
140,9
0,183
60
Nd
144,2
0,182
61
Pm
(145)
-
62
Sm
150,4
0,181
63
Eu
152,0
0,204
64
Gd
157,2
0,180
65
Tb
158,9
0,177
66
Dy
162,5
0,177
67
Ho
164,9
0,176
68
Er
167,3
0,175
69
Tm
168,9
0,174
70
Yb
173,0
0,193
71
Lu
175,0
0,173
Actinide **
(Actinoide)
90
Th
232,0
0,180
91
Pa
231,0
-
92
U
238,0
0,138
93
Np
237,0
-
94
Pu
(244)
-
95
Am
(243)
-
96
Cm
(247)
-
97
Bk
(247)
-
98
Cf
(251)
-
99
Es
(252)
-
100
Fm
(257)
-
101
Md
(258)
-
102
No
(259)
-
103
Lr
(260)
-
Documentul este oferit gratuit,
trebuie doar să te autentifici in contul tău.
