Concept- en voorbeelden Materiaalstructuur

De materiële structuur Het is de manier waarop hun componenten zijn gekoppeld en gemanifesteerd op verschillende observatieschalen. Begrijpen onder componenten atomen, moleculen, ionen, ketens, vlakken, kristallen, kristallijne korrels, onder andere deeltjesets. En op zijn beurt, met betrekking tot de observatieschalen, verwijzen we naar de nano-, micro- en macrostructuras.

Afhankelijk van het type chemische binding aanwezig in de structuren van de materialen, zullen verschillende mechanische, chemische, optische, thermische, elektrische of kwantumeigenschappen plaatsvinden. Als de link ionisch is, is het materiaal ionisch. Ondertussen, als de link metaalachtig is, zal het materiaal metaalachtig zijn.

Hout is bijvoorbeeld een polymeer- en vezelachtig materiaal, omdat het is gemaakt van cellulosepolysacchariden. De effectieve interacties tussen hun celluloseketens definiëren een hard lichaam, in staat om te vormen, snijden, verven, polijsten, chisely.

Het is noodzakelijk dat het materiaal allemaal materie is die een doel vervult in het leven of in de geschiedenis van de mensheid. Kennis van zijn structuren, nieuwe materialen met geoptimaliseerde eigenschappen voor bepaalde toepassingen, of het nu industrieel, thuis, artistiek, computationeel of metallurgisch is.

[TOC]

Structuur van metalen materialen

Metalen materialen bedekken alle metalen en hun legeringen. Hun structuren zijn samengesteld uit sterk verdichte atomen aan de andere kant of bovenop de andere, na een periodieke volgorde. Er wordt daarom gezegd dat ze bestaan ​​uit metalen kristallen, die gefixeerd en samenhangend blijven dankzij de metalen link die bestaat tussen al zijn atomen.

Een van de meest voorkomende kristallijne structuren voor metalen zijn kubisch gecentreerd in het lichaam (BCC), de kubus gecentreerd op de gezichten (FCC) en de compacte zeshoekige (HCP), de laatste is de meest dichte. Veel metalen, zoals ijzer, zilver, chroom of beryllium, worden gekenmerkt door elk van deze drie structuren toe te wijzen.

Kan u van dienst zijn: vervluchtiging

Een dergelijke beschrijving is echter niet voldoende om ze als materialen te beschrijven.

Metaalkristallen kunnen meer dan één of grootte aannemen. Dus in hetzelfde metaal zal meer dan één worden waargenomen. In feite zullen er veel van hen zijn, die beter bekend zijn met de term kristallijne graan.

De afstand die de korrels van elkaar scheidt, staat bekend als de rand- of korrellimiet en is, samen met de kristallijne defecten, een van de meest bepalende factoren in de mechanische eigenschappen van de metalen.

Structuur van keramische materialen

Zirkoniumdioxide -bollen, nieuw keramisch materiaal. Bron: Lucasbosch, Wikimedia Commons

De meeste materialen kunnen worden beschreven zoals in de vorige sectie, dat wil zeggen, afhankelijk van de kristallen, hun aantallen, maten of vormen. Wat echter varieert in het geval van keramische materialen, is het dat hun componenten niet alleen bestaan ​​uit atomen, maar ook uit ionen, vaak in een silicaat amorfe basis.

Daarom zijn keramiek meestal semicristallijne of volledig kristallijne materialen wanneer siliciumdioxide afwezig is. In hun structuren overheersen ionische en covalente bindingen de belangrijkste ionische. Over het algemeen zijn keramiek polyristale materialen; dat wil zeggen, ze bestaan ​​uit veel kleine kristallen.

De keramiek is materialen van zeer variabele samenstellingen. Carbiden, nituro en fosfuros worden bijvoorbeeld als keramiek beschouwd en in hun structuren bestaande uit drie -dimensionale netwerken, wordt de covalente binding geregeld. Dit geeft hen de eigenschap om zeer harde en hoge thermische weerstandsmaterialen te zijn.

Het glasachtige keramiek, voor het hebben van een siliciumdioxidebasis, worden als amorf beschouwd. Daarom zijn hun structuren rommelig. Ondertussen zijn er kristallijn keramiek, zoals aluminium-, magnesium- en zirkoniumoxiden, waarvan de structuren bestaan ​​uit ionen verenigd door de ionische binding.

Kan u van dienst zijn: oxidatiemiddel: concept, de sterkste voorbeelden

Structuur van kristallijne materialen

De kristallijne structuur van natriumchloride, NaCl, een typische ionische verbinding. Paarse bollen vertegenwoordigen natriumkationen, Na +en groene bollen vertegenwoordigen chloride -anionen, Cl.

Kristallijne materialen integreren een grote familie van materialen. Metalen en keramiek worden bijvoorbeeld geclassificeerd als kristallijne materialen. Strikt genomen zijn kristallijne materialen allemaal waarvan de structuren worden geordend, ongeacht dat ze zijn samengesteld uit ionen, atomen, moleculen of macromoleculen.

Alle zouten en de overgrote meerderheid van de mineralen gaan in deze classificatie. Bijvoorbeeld kalksteen.

Sugekkristallen zijn daarentegen gemaakt van sucrosemoleculen. Als zodanig is suiker geen materiaal, tenzij kastelen, behuizingen, meubels of suikerstoelen zijn gebouwd. Suiker zou dus een kristallijn materiaal worden. Dezelfde redenering is van toepassing op alle andere moleculaire vaste stoffen, inclusief ijs.

Structuur van ijzersmaterialen

Austenita, bestellen van koolstof- en ijzeratomen. Bron: Wikimedia Commons

Ferro -materialen zijn allemaal die bestaan ​​uit ijzer en hun legeringen met koolstof. Daarom tellen staalpartijen als ferro -materialen. De structuren zijn, zoals die van metalen, gebaseerd op metalen kristallen.

De interacties zijn echter enigszins verschillend, omdat ijzer- en koolstofatomen deel uitmaken van de kristallen, dus je kunt niet praten over een metalen link tussen de twee elementen.

Andere voorbeelden

Nanomaterialen

Koolstof nanobuisjes. Bron: Wikimedia Commons

Veel nanomaterialen, zoals de al besproken materialen, worden ook beschreven, afhankelijk van hun nanokristallen. Deze omvatten echter andere meer unieke structurele eenheden, bestaande uit minder atomen.

Kan u van dienst zijn: fosfaatgroep

Nanomateriale structuren kunnen bijvoorbeeld worden beschreven door atomen of moleculen die worden besteld in de vorm van bollen, miscreta, buizen, plannen, ringen, platen, blokjes, enz., die al dan niet nanokristallen kunnen genereren.

Hoewel in al deze nanostructuren de ionische binding aanwezig kan zijn, zoals bij de nanodeeltjes van ontelbare oxiden, komt de covalente binding vaker voor, verantwoordelijk voor het verstrekken van de nodige scheidingshoeken tussen de atomen.

Polymere materialen

Chemische structuur van polyethyleen

De structuren van polymere materialen zijn overwegend amorf. Dit komt omdat hun conforme polymeren macromoleculen zijn die er nauwelijks in slagen om periodiek of repetitief te worden besteld.

In polymeren kunnen er echter relatief geordende regio's zijn, dus sommige worden beschouwd als semikristalino's. Bijvoorbeeld, hoge dichtheid polyethyleen, polyurethaan en polypropyleen worden beschouwd als semi -cirristallijne polymeren.

Hiërarchische materialen

Hiërarchische materialen zijn van vitaal belang van aard en ondersteunen levende lichamen. De wetenschap van materialen is onvermoeibaar gewijd aan het nabootsen van materialen, maar met behulp van andere componenten. De structuren zijn "ontwapend", beginnend met de kleinste delen van de grootste, wat de steun zou zijn.

Bijvoorbeeld, een vaste stof die bestaat uit verschillende lagen van verschillende dikte, of die buisvormige en concentrische holtes bezet door atomen, zal worden beschouwd als hiërarchische structuur.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Materiaal kunde. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Marc Ander Meyers en Krishan Kumar Chawla. (S.F.)). Materialen: structuur, eigenschappen en prestaties. [PDF]. Cambridge University Press. Hersteld van: activa.Cambridge.borg
4. universiteit van Washington. (S.F.)). Metalen: structuren van metalen. Hersteld van: Afdagen.Washington.Edu
5. Universiteit van Tennessee. (S.F.)). Hoofdstuk 13: Structuur en eigenschappen van keramiek. [PDF]. Opgehaald uit: Web.UTK.Edu