390 likes | 1.15k Views
Kristályos anyagok. Kristály: atomok olyan rendeződése, amelyben a mintázat a tér három irányában periodikusan ismétlődik. amorf vs. mikrokristályos, kristályos anyagok. Elemi cella : az az egység, amelynek eltolásaival felépíthető a teljes kristályrács. Kristályos anyagok Bravais-cellák.
E N D
Kristályos anyagok Kristály: atomok olyan rendeződése, amelyben a mintázat a tér három irányábanperiodikusan ismétlődik. amorf vs. mikrokristályos, kristályos anyagok Elemi cella: az az egység, amelynek eltolásaival felépíthető a teljes kristályrács.
Kristályos anyagok Bravais-cellák köbös tetragonális ortorombos hexagonális trigonális monoklin 4 féle elemi cella: P: primitív, I: tércentrált, C: bázislapon centrált, F: lapcentrált 7 kristályrendszer → 14 féle Bravais-cella triklin
Fémek szerkezete Szoros illeszkedésű fémrács. Egy atomnak 12 szomszédja van. (12-es koordináció) Hexagonális szerkezet: pl. Zn, Mg, Ti Lapcentrált köbös szerkezet: pl. Ag, Au, Al, Cu, Pt, Ni, Pb, Ca
Fémek szerkezete Tércentrált köbös fémrács. Egy atomnak 8 közeli és 6 távolabbi szomszédja van. (8-as koordináció) pl. Li, Na, K, Cr, Fe, W (nemesgázok molekularácsa) A vas megmunkálása, izzítás: tércentrált köbös → lapcentrált átalakulás
Fémek szerkezete Polimorfia: ugyanaz a vegyület különböző kristályszerkezetet vehet fel. Elemek esetén ezeket egymás allotróp módosulatainak nevezzük. Ón a-Sn tetragonális gyémántrács félvezető (laza szerkezet, 13ºC alatt, ónpestis) b-Sn tércentrált köbös fémes
Ionrácsos anyagok 8-as koordináció Kb. azonos méretű kation és anion: CsCl-típusú rács
Ionrácsos anyagok 6-os koordináció Kisebb méretű a kation, mint az anion: NaCl-típusú rács
Ionrácsos anyagok 4-es koordináció Jóval kisebb méretű a kation, mint az anion: ZnS szerkezet (szfalerit)
Atomrácsos anyagok kvarckristály (SiO2) gyémántkristály üveg amorf szerkezet
Atomrácsos anyagok Zeolitok: [SinAlmO2(m+n)]m „molekulasziták” Katalizátorok (Felületi, akár királis katalízis)
Molekularácsos anyagok Kén Jód
A grafit molekularács atomrács
Önszerveződés és kristályok tervezése szupramolekuláris kémia intermolekuláris és ionos kölcsönhatások
Folyadékkristályok szmektikus fázis koleszterikus (királis) fázis nematikus fázis
Folyadékkristályok – LCD kijelzők koleszterikus (királis) fázis (polarizált fény síkját elforgatja) zöld fény fehér fény polarizációs szűrők (merőleges állasban) színszűrők (kék, zöld, piros) külső elektromos tér megszűnik a királis fázis → nem forgat nincs fény
Piroelektromos detektorok (infravörös detektor)
Polimerek szerkezete Kisebb, ismétlődő egységekből (monomerek) felépülő láncszerű molekulák: pl.műanyagok, DNS A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A homopolimer A-B-A-B-A-B-A-B-A-B-A alternáló kopolimer A-B-B-B-A-B-A-A-B-A-B véletlenszerű kopolimer A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A blokk kopolimer lineáris amorf elágazó térhálós szemikristályos
hő kén poliizoprén (kaucsuk) gumi Polimerek szerkezete Rugalmas polimerek A kaucsuk vulkanizálása
Kompozitok fém/üveg/kerámia/grafitszál és polimer
Dendrimerek fraktál-szerkezetű polimerek nanotechnológia
Nanotechnológia Mesterséges és …. … természetes nanomotorok
Folyadékok szerkezete Párkorrelációs függvény (megtalálási valószínűség vs. távolság) víz rendezetlen, dinamikusan változó szerkezet jég
Oldatok ionos vegyületek oldódása vízben „hasonló a hasonlóban” elv hidrofób (szerves) hidrofil (vizes) fluorofil (fluoros) fázisok
Tenzidek szerves fázis micella vizes fázis
Koronaéterek hidrofób burok Charles J. Pedersen (19041989) Donald James Cram (19192001) Jean-Marie Lehn (1939–) 1987-es Kémiai Nobel-díj hidrofil (adott méretű) üreg Felhasználás: pl. ionszelektív elektródok, ionok beoldása szerves oldószerbe (pl. KMnO4 – oxidálószer)
Ciklodextrinek Felhasználás: pl. gyógyszerek bevitele a szervezetbe (vízoldhatóság növelése)
Kolloid rendszerek Heterogén- többfázisú (durva diszperz) rendszerek Átmenet: Kolloid rendszerek, melyben a diszperz részecskéinek mérete1 és 200 nm közé esik → nagy fajlagos felület, ugyanakkor viszonylag stabil diszperzió (szedimentáció, koaguláció, reverzibilis és irreverzibilis kisózás) Diszpergált anyag mérete szerint: mono- vagy polidiszperz Anyaga szerint: - makromolekuláris (pl. tojásfehérje) - asszociációs kolloidok (pl. tenzidek micellái) - diszperziós (pl. AgCl csapadék, tengerszemekben a mészkő)
Kolloid rendszerek Faraday aranyszolja Faraday Múzeum, London
Aerogélek legkisebb sűrűségű, nagy fajlagos felületű anyagok (szilárd habok) „fagyott füst”
Kolloidok tisztítása Dialízis Ultracentrifugálás (+ ozmózis jelensége) rotátor szedimentáció („ülepedés”) polidiszperz kolloid
Kolloidok vizsgálata Zsigmondy Richárd (1865 – 1929) 1925 Kémiai Nobel-díj Tyndall-jelenség alkalmazása „a kolloid oldatok heterogén természetének bizonyításáért és az ultramikroszkóp feltalálásáért”
Szupramolekuláris kémia, nanotechnológia: Kálmán Erika: A delhi vasoszloptól a molekuláris építészetig - Új perspektívák a kémiában http://www.mindentudas.hu/kalman/index.html Zrínyi Miklós: A 21. század anyagai: az intelligens anyagok http://www.mindentudas.hu/zrinyi/index.html