(1/2) Tecnologia dei materiali e chimica applicata: L'acciaio

NATURA e PROPRIETA' dei MATERIALI

• STRUTTURA ATOMICA: tipo di particelle elementari (protoni, elettroni) e modo in cui sono disposti.
• MODO IN CUI GLI ATOMI COORDINANO I LORO VICINI: la struttura delle fasi.
• MODO IN CUI LE FASI SI DISPONGONO NEL SOLIDO: microstruttura.

I LEGAMI ATOMICI

Nei fluidi, atomi, molecole e ioni, si muovono liberamente grazie all'agitazione termica. Nei materiali rigidi, questi costituenti occupano determinate posizioni spaziali. Gli unici movimenti sono le oscillazioni termiche intorno alle posizioni di equilibrio.

Atomi e ioni si pongono ad una distanza tale da raggiungere I VALORI MINIMI DI ENERGIA POTENZIALE

DIAGRAMMA CONDON-MORSE

Energia - distanza tra ione positivo e negativo.

U_a - ENERGIA DI ATTRAZIONE

• - q² / r

U_r - ENERGIA DI REPULSIONE

• b / rⁿ (con b, n costanti)

U_p - ENERGIA TOTALE = Ua + Ur

• - q² / r + b / rⁿ

NB: l'energia totale del sistema ha un MINIMO in corrispondenza della distanza di equilibrio r_o.

IL LEGAME IONICO

Un materiale è stabile se satura il ottetto esterno. Si creano sommatorie per scambio ionico. Gli elettroni MIGRANO.

es. (Cloruro di Sodio (Sale))

Per cessione e acquisizione di elettroni di valenza si formano:

• CATIONI (ioni positivi)
• ANIONI (ioni negativi)

NATURA E PROPRIETÀ DEI MATERIALI

• STRUTTURA ATOMICA
• MODO IN CUI GLI ATOMI COORDINANO I LORO VICINI: la struttura delle fasi
• MODO IN CUI LE FASI SI DISPONGONO NEL SOLIDO: microstruttura

I LEGAMI ATOMICI

Nei fluidi, atomi, molecole e ioni, si muovono liberamente grazie all’agitazione termica; nei materiali rigidi, questi costitutenti occupano determinate posizioni spaziali. Gli unici movimenti sono le oscillazioni termiche intorno alle posizioni di equilibrio.

Atomi e ioni si pongono ad una distanza tale da raggiungere i VALORI MINIMI DI ENERGIA POTENZIALE

DIAGRAMMA CONDON-MORSE

energia - distanza tra ione positivo e negativo

• _ua = ENERGIA DI ATTRAZIONE
• _ur = ENERGIA DI REPULSIONE
• _up = ENERGIA TOTALE = _ua + _ur

NB: l’energia totale del sistema ha un MINIMO in corrispondenza della distanza di equilibrio _ro

IL LEGAME IONICO

[caratteristica I - VIII gruppo]

Un materiale è stabile se satura l’ottetto esterno. Si creano sommatore per scambio ionico. Gli elettroni MIGRANO.

es.: Cloruro di Sodio (sale)

Per cessione e acquisizione di elettroni di valenza si formano

• CATIONI (ioni positivi)
• ANIONI (ioni negativi)

Analizzando le forze in gioco possiamo assimilare gli ioni al modello della sfera rigida collegate attraverso una molla.

EQUILIBRIO

r > r₀ = TRAZIONEr < r₀ = COMPRESSIONE

FORZA ATTRAZIONE:

F_A = ^q2/_4πε0r²

con ε₀ = costante dielettricar = distanza ion-iona

F_A = -^c/_r²

FORZA REPULSIONE:

F_R = ^nB/_rⁿ⁺¹

con n = esponente sperimentale, dipendente dal materiale

Le energie in gioco sono:

ENERGIA IONICA; U_i

ENERGIA di ATTRAZIONE; U_a

ENERGIA di REPULSIONE; U_r

U = ∫F dr

U_a = ∫^∞_r^q2/_4πε0r² dr = -^q2/_4πε0r - ^c/_r²

U_R = -∫^∞_r^nB/_rⁿ⁺¹ dr = ^B/_r^m con n>1

U_i = costante

U_a = da - ∞ a 0 (legame)

U_r = da +∞ a 0 (repulsione)

ENRGIA NETTA = U

U = U_i + U_a + U_r

Se r < r₀ prevale la FORZA REPULSIVA

Se r > r₀ prevale la FORZA ATTRATTIVA

Il comportamento meccanico solido ionico

• Fragile, scarsa deformabilità.

Es.: ferro, ghisa, vetro

Arriviamo cioè a rottura senza intervallo di deformazione

• Se il materiale è elastico, torna come prima

Il legame covalente

[caratteristico III gruppo]

C'è una compartecipazione degli elettroni: legò gli elementi per raggiungere l'ottetto. Il carbone forma legami covalenti perfetti. Essendo una sovrapposizione di orbitali (non c'è spo