Appunti Chimica

L'atomo

• L'atomo è formato da elettroni (carica negativa) che ruotano intorno ad un nucleo
• Il nucleo è fatto da:
  • Neutroni (carica nulla)
  • Protoni (carica positiva)
  • Il numero atomico Z è il numero di protoni.
• Il numero di massa A è il numero totale di nucleoni (protoni + neutroni)
• Atomi aventi lo stesso numero di protoni e diverso numero di neutroni hanno masse atomiche diverse, e vengono detti isotopi.
• Le dimensioni dell'atomo sono dell'ordine dell'angstrom
• Le dimensioni del nucleo

L'atomo ha carica elettrica complessivamente nulla

Modello atomico di Bohr (1913)

• Gli elettroni ruotano attorno al nucleo in orbite circolari
• Solo alcune orbite sono permesse (stati stazionari)
• Gli elettroni negli stati stazionari non emettono energia
• Gli elettroni possono passare solo da uno stato stazionario all'altro emettendo (o assorbendo) energia (energia quantizzata).
• Gli elettroni possono assumere solo valori quantizzati del loro momento angolare:
  • n = 1, 2, 3, ...
  • h = costante di Planck

Ogni atomo possiede un certo numero di orbitali elettronici, ciascuno caratterizzato da valori definiti di energia; solo gli orbitali aventi energia più bassa sono però occupati da elettroni. Un elettrone può possedere solamente una data energia in relazione all'orbitale occupato, non un'energia intermedia a quella di due orbitali. Se l'energia dell'elettrone cambia, questi deve compiere un salto ad un altro livello energetico permesso (orbitale)

ATOMO

Re ≈ 10^-10 m

• Elettroni (carica negativa)
• Protoni (carica positiva)
• Neutroni (carica neutra)

NUCLEO

Z numero atomico

Il numero di protoni caratteristico per ogni elemento

A numero di massa

numero di PROTONI + NEUTRONI

ISOTOPI

atomi con stesso num. protoni, diverso num. neutroni

MODELLO ATOMICO DI BOHR

elettroni ATTORNO al nucleo in ORBITE

sono CIRCOLARI

sotto alcuni non possono

Detti STATI STAZIONARI

Per PASSARE da uno all'altro l'elettrone emette energia

ENERGIE, o ASSORBE energia

assegnate da quanti

h

mvR = n

elettrone può esistere solo

2π

MODELLO NUOVO BORREANI

`e cerca di determinare la probabilità di trovare la

posizione degli elettroni

Principio di indeterminazione (non ne statico e

posizione contemporanea)

NUMERI QUANTICI, indici di movimento

sono 3 n, l, ml

N.Q. PRINCIPALE (n)

Indica il NIVELLO ENERGETICO (valori interi e positivi)

n=1,2,3...

N.Q. SECONDARIO/ASIMUTALE (l)

Determinare la FORMA dell'orbitale

va da 0 a n-1 riguarda s , p, d, f

1 2 3

N.Q. MAGNETICO (ml)

ORIENTAMENTO ORBITALE

valore da -l a +l

primo numero di orbitali, per notte daplis s, p, d, f

l=1 1 2 3

e_i = 0

e_x = 0

ml = +1

MAGNETICO

SPIN (s)

momento rotazione elettrone, ma netto non

almeno 1 elettrone fra 2 elettroni

1/2

-1/2

REGOLA DI PAULI

La Struttura della Materia

• SISTEMA OMOGENEO
  • costituito da un'unica fase
  • Quando è costituito da due o più fasi, si definisce eterogeneo.
  • Un sistema omogeneo non è necessariamente costituito da un'unica sostanza pura (leghe)
  • MICROSTRUTTURA: fasi presenti, loro proporzioni, e modo in cui sono distribuite (morfologia)
• COMPONENTE (o costituente): composti presenti nel sistema che vanno a formare le fasi aventi composizione e microstruttura variabile
• SOLUZIONE: fasi omogenee costituite da due o più componenti in proporzioni variabili
• COMPOSTO: fase omogenea in cui deve essere rispettato un rapporto stechiometrico tra i componenti

Per comprendere le proprietà delle diverse classi di materiali è necessario conoscerne la struttura

TRE DIVERSI LIVELLI DI DETTAGLIO:

• MACROSTRUTTURA struttura a livello macroscopico
• MICROSTRUTTURA struttura osservata con l'ausilio di microscopi
• STRUTTURA ATOMICA O MOLECOLARE legami tra gli atomi e le molecole

L'energia libera

In termodinamica, l'energia libera di un sistema è la quantità di lavoro macroscopico che il sistema può compiere sull'ambiente. Essa è funzione della temperatura, della pressione e della concentrazione della specie chimica considerata.

Quando un sistema subisce un cambiamento (ad esempio per una reazione chimica o per una transizione di fase) ci sono due grandezze che tendono ad avere due comportamenti opposti:

• l'energia libera tende a decrescere, raggiungendo un minimo (stato di equilibrio)
• l'entropia tende a crescere

Se ci si trova a pressione costante (ad esempio un contenitore aperto, come avviene normalmente in natura), vale la seguente relazione:

G_(p,T) = H - T S

dove G è la funzione di stato di Gibbs, H l'entalpia (H = U + p V; dove U è l’energia interna, p è la pressione e V il volume), T la temperatura ed S l'entropia.

In un sistema isolato, l'energia libera non può aumentare; essa rimane costante solo in caso di trasformazioni reversibili e diminuisce nei processi che avvengono spontaneamente (portano verso l’equilibrio termodinamico).

La cristallizzazione

ΔG_v = G_S - G_L (<0)

ΔG = 0, per il sistema è indifferente solido-liquid

G_s < G_L

ΔG = in punto termodinamico

DIFETTI di LINEA (Dislocazioni)

• Dislocazione angolare
  • Inoccupanti di riempiono di atomi in più
    • ni crea piani di scorrimento
    • processo spontaneo
    • in seguito a sforzo
• Dislocazione a vite
  • Determinata da processo di taglio che determina distorsione

CIRCUITO di BURGERS

• per vedere la presenza di dislocazioni
• Vettore di Burgers (direzione e distanza dislocazione)

Dislocazioni sono spesso miste nei cristalli reali

MOTO della dislocazione

• RISPOSTA DISLOCAZIONE a SFORZI

DISLOCAZIONE a SPIGOLO - applico FORZA di TAGLIO

• τ < τcritica
  • non voglio la rottura
• τ = τcritica
  • inizio a riparare barriere energetiche

1. Σ piccoli spostamenti
2. τ>τcritica
   • Dislocazione riporta dislomi (rottura e ricostruzione)

AUMETTO STESSA = dislocazione al limite del cristallo

[inclino visibile] (LINEE di SCORRIMENTO)

Nelle strutture las ZONE

• COMPRESSE (riempi non oltre la dislocazione)
• TESSE (ne riempi un atto di dislocazione)

1. dislocazioni = segno opposto, verso opposto = piani di scorrimento → a fila INTERSTIZIALI
2. segno opposto, verso opposto = p. scorrimento = d.distorsiona → CRISTALLO PERFETTO
3. 2 distormiila → 1 VACANZA
4. = segno ni nuovo insieme (SI RESPINGONO)

Deformazione Pratica

Comportamento Plastico Ideale - dopo ε_lim, ε_{perm, permanente}

• Material. ingegnerizzato

Comportamento Elasto-Plastico

ε_t istantanea

• Ideale
  • 1) Campo Elastico
  • 2) Campo Plastico

σ_forzo di Snervamento

• Specso per cui la deformazione residua permanente è uguale 0,2%

Influenza de Presenza Dislocazioni

• Riducono i numerosi legami da rompere
• Il cristallo perfetto è difettivo
• σ'_forzo più elevato

Tipi di Cella Cristallina [CFC debole numero di piani compatti]

Tipo di Legame

• I20nico
• Covalente
• Metallico

Rafforzamento dei Metalli

(per avere E_snervamento più elevato > ostacoli moto dislocazioni)

• Incrudimento (deformazione plastica a freddo)
  • Aut. eon, frusti, durezza
  • Dim. allungni, resilienza
  • La mretta inizio è dislocazioni
    • Iincintrano ostacolo fittizio (energia e modulo omosa)
    • si moltiplicano
    • Si Creano Ammassi di dislocazioni
• Presenza Bordi di Grano (Bordi bloccano il moto delle dislocazioni)
  • L’abperdilo grana cristallino fine (più atomi nei bordi di grano)
• Aggiunta Elementi Leganti - Sostituzionali o Interstiziali (Adamu meteste)
  • L'aumento E_mr è proporzionale allo differenza poi regge stamea elementi
• Precipitazione
  • Inserisco atomi di natura diversa
  • La cesanza di precipitati nel cristallo
  • Presenza rapport disslocazioni - Climbang (alto energia richiesta)