На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Быстрая помощь студентам

 

Результат поиска


Наименование:


контрольная работа Теория строения жидкого, аморфного и кристаллического вещества

Информация:

Тип работы: контрольная работа. Добавлен: 18.11.2012. Сдан: 2012. Страниц: 6. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


?10
 
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
 
КАФЕДРА МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ
 
 
 
 
 
 
 
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО КУРСУ
 
«ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ЖИДКОГО, АМОРФНОГО И
КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА»
 
вариант 7
 
 
 
 
 
 
 
 
Выполнил
ст. гр. З-04-МТ                                                                          Логозинская Ю.В.
 
Проверила             
асс. каф.                                                                                     Самотугина Ю.С.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Мариуполь, ПГТУ 2007
 
Вопрос № 1. Межатомные связи.
 
Ковалентная (гомеополярная) связь.
В природе сравнительно немного тел с ковалентными связями. Однако они имеют большое практическое значение из-за очень высокой температу­ры плавления и твердости (например, алмаз С, кремний Si и карбид кремния SiC - карборунд). Ковалентная связь возникает тогда, когда образующие ее электронные оболочки атомов энергетически отличаются незначительно. Поэтому в об­разовании ковалентных связей могут участвовать электронные оболочки только одного уровня, потому что энергетически они близки. Возникшая ко­валентная связь тем прочнее, чем больше энергии выделяется при ее раз­рушении, т.е. чем ниже будет энергетический уровень новой системы. Ми­нимум энергии системы достигается тогда, когда оболочки обобщенных электронов в максимальной степени совпадают (принцип максимального перекрытия оболочек). Пространственная оболочка является одной из ос­новных черт ковалентной связи.
Образование из электронов двух и более состояний одного слоя, но разных оболочек, новой оболочки с той же энергией называют гибридизаци­ей. В качестве примера рассмотрим гибридизацию для атома углерода. Он имеет следующую электронную конфигурацию:
Квантовое состояние                 1s    2s    2px    2py    2pz
Количество электронов                    2      2           11 0
 
Поскольку в состоянии 2s два электрона, а в 2pz ни одного, чтобы пол­ностью использовать четыре оболочки для образования связей, необходимо перенести один электрон оболочки 2s на свободную оболочку 2pz, в резуль­тате чего в каждом из четырех состояний второго слоя будет по одному электрону. Гибридизация этих оболочек (sp3) дает четыре оболочки с одина­ковой энергией, направленные к углам тетраэдра. Углы между ними равны 109° (рис.1). Главной чертой ковалентных связей являются наличие обобщен­ных электронов и четкая простран­ственная ориентация.
Ковалентными связями могут быть соединены разрывы в молекулах (например, органических соединений) или твер­дое тело может быть связано ими в одну макромолекулу (алмаз).

 
 
Рис.1 – Форма и расположение «облаков зарядов» четырехвалентного атома углерода при sp3 гибридизации
 
Кристаллы, в которых преоб­ладает ковалентный тип связи, на­зывают ковалентными. Их образуют атомы углерода, кремния, германия сурьмы, висмута и др., т.е. элементы IVB, VB, VIB групп. Они электроот­рицательны, так как имеют большой потенциал ионизации, и, вступая во взаимодействие с элементами дру­гих групп, отбирают валентные элек­троны, достраивая свою валентную зону;   при   взаимодействии  друг  с другом атомы обобществляют свои валентные электроны с соседними ато­мами, достраивая, таким образом, валентную зону. Число атомов, с которы­ми происходит обобществление электронов, зависит от валентности эле­мента и может быть определено согласно правилу (8— N), где N — валент­ность элемента. Например, для углерода это число равно 4.
Ковалентная связь характеризуется направленностью, так как каждый атом вступает в обменное взаимодействие с определенным числом сосед­них атомов. Вследствие этого атомы в ковалентных кристаллах укладыва­ются некомпактно и образуют кристаллические структуры с небольшим координационным числом. Направленность межатомных связей и неплотноупакованные кристаллические структуры приводят к низкой пла­стичности и высокой твердости (например -  алмаз самый твердый материал).
Вследствие большой энергии связи ковалентные кристаллы характери­зуются высокими температурами плавления (у алмаза она равна 5000 °С) и испарения.
Образование заполненных валентных зон при такой связи превращает ковалентные кристаллы в полупроводники и даже диэлектрики. Алмаз— полупроводник. Хорошая электрическая проводимость графита объясняется заменой одной из четырех ковалентных связей связью Ван-дер-Ваальса, в результате чего появляются свободные носители электрического тока.
Температурный коэффициент электрического сопротивления у кова­лентных кристаллов имеет отрицательное значение, т. е. при нагреве элек­трическое сопротивление снижается. К ковалентным кристаллам относятся также многие сложные кристаллические вещества, состоящие из разнород­ных атомов, например, карбид кремния, нитрид алюминия и др.
 
Ионная связь
В природе очень много тел, имеющих ионные связи. Ионные связи, называемые еще гетерополярными, полярными или электро­валентными, являются ненаправленными, в них имеет место электростати­ческое притяжение между ионами, образовавшимися в результате полного перехода валентных электронов от менее электроотрицательного атома к более электроотрицательному. В результате перехода электрона первый атом становится положительным ионом (катионом), второй отрицательным (анионом). Эти ионы в твердом состоянии (кристаллическом) образуют ион­ную решетку (рис. 2). Возникновение ионных связей обусловлено энерги­ей ионизации химического элемента, отдающего электрон, степенью элек­тронного сродства вещества, принимающего электрон, и энергией обра­зующейся кристаллической решетки.
 
 

 
 
 
 
 
 
 
              Рис. 2 – Пример ионной связи
 
Этот тип связи с обязательным переносом электрона преобладает в ряде соединений, например, в щелочных металлах с галогенами (так назы­ваемых щелочных галоидах). Элементы можно расположить в порядке воз­растания электроотрицательности. Степень переноса заряда между ионами в твердом теле определится разностью электроотрицательности состав­ляющих элементов. Соединения элементов I и II групп с элементами VI и VII групп проявляют сильный ионный характер.
Типично ионное соединение имеет очень низкую проводимость (при обычных температурах это изолятор), обладает достаточной твердостью и прозрачностью. При температурах, близких к точ­ке плавления, и в подходящих растворах появляется проводимость, т.к. ио­ны становятся подвижными. Из соединений, проявляющих промежуточный характер связи, PbS, PbSe и РЬТе имеют структуру хлорида натрия, являют­ся преимущественно ионными, но демонстрируют некоторые свойства, при­сущие ковалентным соединениям (они полупроводники). Соответствующие бериллиевые соединения BeS, BeSe, BeTe намного более ковалентны, хотя и проявляют некоторые черты ионного характера. Они кристаллизуются с образованием ZnS-структуры.
Водородная связь
Водородная связь, называемая протонной связью, или водородным мостиком, является связью специфического вида, которая может быть как внутримолекулярной связью, так и межмолекулярной. Возникновение связей такого вида инициируется ядром водорода или протоном, которое, благода­ря своим маленьким размерам, может проникать в глубь электронной обо­лочки сильно электроотрицательного атома. В результате этого взаимодей­ствие его с попавшим в зону действия электронами довольно сильное и имеет электростатический характер. Деформация протоном электронной оболочки атома, соединенного с ним водородной связью, придает этой свя­зи направленность, т.е. частичную ковалентность. Поэтому водородная связь занимает промежуточное положение между атомной и ионной связью. Водородные связи часто встречаются в органических соединениях и неко­торых неорганических. Ими определяется ассоциация молекул воды, спир­тов, кислот и др.
 
Металлические связи.
Металлические связи - характерный вид связей для металлов. Все ме­таллическое тело можно считать одной макромолекулой, потому что метал­лические связи имеют место не только между двумя или несколькими ато­мами металла. К характерным свойствам металлов относятся большая теп­ло- и электропроводность. Это непосредственно связано с их атомной струк­турой. Атомы металлов имеют мало электронов во внешней оболочке, и электроны эти сравнительно слабо связаны с остальной частью атома (остов атома). Слабая связь внешних электронов приводит к тому, что ме­таллы имеют небольшие ионизационные потенциалы.
Характер металлической связи счи­тают промежуточным между ионной и ковалентной связями. В металлической свя­зи можно говорить об обобществлении валентных электронов всеми атома­ми кристалла. Поэтому можно считать, что молекулярные орбитали растя­нуты через весь металлический кристалл. Они определяются как комбина­ция многих атомных орбиталей. Кристалл в целом будет обладать зоной орбиталей, в которой валентные электроны занимают орбитали с самыми низкими энергиями.
Металлические кристаллы. Это кристаллы, в которых преобладает металлический вид связи. Их образуют элементы всех подгрупп А и I - III подгрупп В. Они электроположительны, так как имеют малый по­тенциал ионизации. В металлическом кристалле при взаимодействии с эле­ментами других групп атомы легко отдают свои валентные электроны и пре­вращаются в положительный ион.
Мерой прочности кристаллической решетки является энергия кристал­лической решетки, т.е. энергия, необходимая для переноса ионов одного моля кристаллического вещества в бесконечность. В металлах силами сце­пления являются силы металлической связи, энергия которых близка к энер­гии ионной связи. Каждый кристалл металла можно считать одной большой молекулой. При взаимодействии друг с другом валентные энергетические зоны атомов перекрываются, образуя общую зону со свободными подуровнями. Это дает возможность валентным электронам свободно перемещать­ся в пределах этой зоны. Происходит обобществление валентных электро­нов в объеме всего кристалла. Таким образом, валентные электроны в ме­талле нельзя считать потерянными или приобретенными атомами. Они обобществлены атомами в объеме всего кристалла, в отличие от ковалентных кристаллов, в которых такое обобществление ограничено одной парой атомов.
Металлическая связь ненаправленная, так как каждый атом стремится притянуть к себе как можно больше соседних атомов. Следствием этого является высокое координационное число и большая компактность кри­сталлических структур металлов. В металлах наблюдается тенденция к мак­симально плотной упаковке атомных остовов.
Энергия металлической связи несколько меньше, чем энергия кова-лентной связи, поэтому металлы в большинстве случаев, по сравнению с ковалентными кристаллами, имеют более низкие температуры плавления, испарения, модуль упругости, но более высокий температурный коэффици­ент линейного расширения. Для большинства случаев с увеличением энер­гии связи Есв растут температура плавления tпл, модуль упругости Eynp, энер­гия активации самодиффузии Qдиф; коэффициент линейного расширения ?, наоборот, уменьшается. Вследствие ненаправленности металлической свя­зи и образования плотноупакованных структур металлические кристаллы более пластичны и менее тверды, чем ковалентные кристаллы. Хорошая электрическая проводимость обеспечивается наличием свободных подуровней в валентной зоне.


10
 
Вопрос №2. Свойства жидких металлов.
 
Жидкое состояние является промежуточным между газообразным и твердым. Жидкость состоит из микрогруппировок с упорядоченным расположением атомов и разупорядоченной зоны (с хаотическим и, как правило, более рыхлым расположением частиц, образующих в расплавах непрерывную трехмерную ячеистую сеть).
Жидкости, как и твердые тела, обладают в противоположность газам малой сжимаемостью. При больших давлениях (300-500МПа) жидкости становятся как бы твердоподобными.
При механическом воздействии на жидкость необходимо считаться с ее большой текучестью, т.е. способностью под достаточно длительным влиянием внешних сил перемещаться в соответствующем направлении.
При быстрых деформациях возможно хрупкое разрушение жидкости. Так, при ударе струя жидкости ломается, а «обломки», как показывает фотосъемка, имеют форму излома, характерного для хрупкого разрушения. Точно также при высоких скоростях нагружения жидкость обладает твердостью. Например, если выстрелить в сосуд с жидкостью, то в силу ее малой сжимаемости и большой скорости пули в жидкости возникают огромные напряжения. Стенки сосуда не выдерживают и разрушаются жидкостью. Таким образом, жидкостям, как и твердым телам, свойственны малая сжимаемость, хрупкость и твердость.
 
Плотность.
Плотность ? (кг/м3  или г/см3) является обратной величиной удельного объема Vуд. Удельный объем твердого или жидкого металла можно представить состоящим из объема собственно атомов Vат который не изменяется при изменении температуры и давления, и свободного объема Vсв, заполняющего промежутки между атомами. Последний не остается постоянным при изменении внешних условий. Поэтому любое изменение – плавное или скачкообразное – межатомных расстояний, числа ближайших соседей или геометрии размещения атомов относительно фиксированного приводит к соответствующему изменению свободного объема и, следовательно плотности. Можно считать, что плотность является интегральной характеристикой, наиболее тесно связанной со структурой жидкости.
Было отмечено, что между типом кристаллической решетки металла и изменением плотности при плавлении существует определенная зависимость. Металлы, обладающие плотными кристаллическими решетками (о.ц.к., г.ц.к., г.п. – Fe, Ni, Na, Al и др.), плавятся с увеличением объема, понижением плотности и координационного числа. Металлы, имеющие рыхлые кристаллические решетки (ромбоэдрические, тетрагональные и т.п. – Ge, Ga, Sb, Bi и др.), плавятся с увеличением плотности и координационного числа и уменьшением удельного объема.
 
Вязкость.
Одним из основных физических свойств жидкости, в том числе и расплавленных металлов, является их вязкость, или текучесть. Свойство вязкости тесно связано со структурой жидкости и определяется межчастичным взаимодействием. Вязкость является одной из наиболее структурно-чувствительных характеристик жидкости.
Для характеристики вязкости принят коэффициент динамической вязкости ?, называемый также динамической вязкостью. Значение этого коэффициента, зависящего от природы вещества, можно определить из закономерностей изменения силы внутреннего трения F, возникающей между двумя слоями несжимаемой жидкости, перемещающихся с различной скоростью относительно друг друга:
,
Где S – площадь соприкосновения слоев, м2; dv/dx – градиент скорости слоев жидкости перпендикулярно направлению потока, с-1. При  S=1 м2 и  dv/dx=1с-1 коэффициент динамической вязкости равен силе трения. Единицы измерения коэффициента динамической вязкости в системе СИ – Па.
Вязкое течение заключается в переходе частиц из одного положения равновесия в другое с преодолением энергетического барьера, равного энергии активации, которая определяется силами межчастичного взаимодействия. Вязкость расплавленных металлов, в значительной степени будет зависеть от изменения сил межчастичного взаимодействия при нагревании расплава или под влиянием другого элемента.
 
Поверхностное (межфазное) натяжение.
Поверхностное натяжение возникает в слое жидкости  на границе раздела с газом или собственным  паром. Поверхностное натяжение можно рассматривать как силу, действующую на единицу длины контура поверхности и стремящуюся сократить поверхность до минимума при заданных объемах фаз. Поверхностное натяжение на границе двух конденсированных фаз обычно называют межфазным натяжением.
Поверхностное натяжение – термодинамическая характеристика поверхности раздела двух фаз (тел), определяемая работой обратимого изотермического обр
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.