A KRISTÁLYSZERKEZET Szerkezeti anyagok: -kristályos szerkezetek,

4. 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.

5. 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):

6. wa3 r va2 ua1 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.

7. z 2 4 3 3 (6 3 4)→ Miller-indexek (párhuzamos, fizikailag egyenértékű síkok jelölése) x 2 y 4 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)

8. 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

9. 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.

10. primitív térközepes felületen közepes primitív térközepes

12. 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.:

13. Jelölések fontossága!!! 1 db. sík: (100), (010), (001) stb. → {100} (egyenértékű síkok) minden egyenértékű sík: {100} 1 irány: [111] valamennyi térátló jelölése:

16. 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)

17. 1 cellába eső atomok száma= 1 1 cellába eső atomok száma= 2 pakolási sűrűség= 0,68

18. 1 cellába eső atomok száma= 4 koordinációs szám= 12 pakolási sűrűség= 0,74 legsűrűbb illeszkedésű síkok {111} rétegrendje: ABCABCABC 1 cellába eső atomok száma= 6 koordinációs szám= 12 pakolási sűrűség= 0,74 legsűrűbb illeszkedésű síkok (0001) rétegrendje: ABABAB

19. 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).

20. → sp2 kötés a síkban → kötéserősség ≈ 1,3 C-C (rétegen belül)

21. A vas allotrópjai tkk: fkk: