Domande esame Scienza dei materiali

Domande di STM1

Differenza tra legame ionico e legame covalente

Legame ionico tra un metallo e un non metallo:

• Cessione di elettroni
• Legame adirezionale
• Ossidi come i ceramici

Legame covalente:

• Condivisione degli elettroni per raggiungere l'ottetto
• Legame direzionale
• Ceramici avanzati (nitruri, carburi e polimeri)
• Alcuni ceramici come l'allumina hanno legame misto ionico-covalente (60% ionico e 40% covalente)

Proprietà legate alla forza di legame: rigidezza, durezza e temperatura di fusione elevata, essendo legami forti (eccetto nei polimeri caratterizzati da legami deboli). Ricordarsi dei materiali ionico-covalenti, come l'allumina e le loro proprietà.

Unità di misura

Unità di misura per:

• Tensione: MPa
• Deformazione: adimensionale o mm/mm
• Modulo di Young: MPa o GPa

Prova di trazione

Perché la prova di trazione viene fatta su provini a forma di clessidra? Provini normati per avere standard di riferimento, vedi FMS. Inoltre, le prove devono essere effettuate in condizioni standard affinché possano essere confrontabili con altre prove tenute in diversi laboratori.

Modulo di Young

Perché i materiali hanno modulo di Young diverso? Dipende dal legame chimico, forza di legame proporzionale a E. Confronto vari materiali: tabella pag 30 dispense ‘proprietà meccaniche’. E quantificazione di rigidezza dipende dal legame chimico: se è forte, E è elevato. In ordine: legame covalente, ionico, metallico e legami deboli (materiale organico e polimeri). E è fortemente legato alla temperatura (vedi pag 50).

Relazione tra modulo elastico e temperatura

Esiste una relazione tra il modulo elastico e la temperatura di fusione dei materiali? E tra il modulo elastico e temperatura di esercizio? Il modulo elastico diminuisce al crescere della temperatura, quindi prima di scegliere il materiale da usare in un'applicazione devo conoscere la temperatura a cui esso lavora. Materiali con alto modulo elastico hanno anche alte temperature di fusione (es: ceramici).

Limite elastico

Che cosa capita arrivati al limite elastico?

• I materiali fragili hanno una rottura fragile
• I materiali duttili invece entrano in campo plastico (regime di deformazione irreversibile) → al di sopra del limite elastico ci sono deformazioni plastiche permanenti che non vengono recuperate a seguito di rilascio del carico. (Deformazione elastica avviene in tutti i materiali, plastica solo per materiali metallici e polimeri)

Aumento degli elettroni in un ossido

Aumentando il numero di elettroni in un ossido, aumenta anche il punto di fusione? No, poiché la temperatura di fusione dipende dalla forza di legame e non dall’energia degli elettroni.

Classificazione ceramici, metalli e polimeri

1) Un ceramico dilata meno di un metallo e più di un polimero. FALSO: è vero che un ceramico dilati meno di un metallo, ma è falso che dilati più di un polimero. Ciò è dovuto alla forza di legame: maggiore è la forza di legame, minore è la dilatazione termica. Nei ceramici posso avere legami ionici (ceramici tradizionali: vetro, ossidi), legami covalenti (ceramici avanzati: nitruri e carburi), sia ionico che covalente: allumina (63% ionico).

2) Un ceramico dilata meno di un metallo e di un polimero. VERO

3) Un polimero è meno denso, meno rigido e con temperatura di fusione più bassa di un metallo e di un ceramico. VERO: per i legami, polimero ha legami covalente intracatena e legami deboli intercatena.

4) Sono tutte caratteristiche dei materiali ceramici, ad eccezione di:

• Elevata rigidezza (il modulo elastico esprime la rigidezza: più E è elevato più il materiale è rigido)
• Basso punto di fusione → FALSO: per i legami
• Presentano legami covalenti
• Elevata durezza

Caratteristiche dei materiali

5) Quali tra le seguenti affermazioni sono vere:

• Un metallo è un conduttore elettrico perché ha elettroni delocalizzati → VERO
• Un ceramico è un isolante perché ha elettroni localizzati in legami ionici o idrogeno → FALSO: un ceramico non presenta legami a idrogeno
• Un polimero è isolante perché gli elettroni localizzati nel legame debole di Van der Waals → FALSO: gli elettroni sono localizzati nei legami covalenti intracatena, inoltre i legami di vdw sono legami fisici e non coinvolgono condivisione o cessione di elettroni.

Materiali metallici

6) Quali di queste caratteristiche NON sono proprie di un materiale metallico:

• Sono costituite da ioni → non è propria dei metalli perché nei metalli esiste un legame metallico e non ionico. Il legame ionico è tipico dei materiali ceramici.
• Sono di norma allo stato cristallino (atomi disposti in modo ordinato) → gli atomi sono disposti in modo ordinato secondo una struttura tipica dei cristalli. Inoltre, i materiali metallici sono policristallini e questa caratteristica discende dal processo di produzione: per colata: il metallo fuso comincia a solidificare e in alcune zone del volume fuso iniziano a crearsi germi cristallini che con l’andare del tempo si accrescono. Quando l'ultima goccia si solidifica ho una miriade di cristalli chiamati grani cristallini. I vetri metallici sono metalli solidificati talmente velocemente che non si dà tempo agli atomi di creare nuclei di solidificazione e rimangono allo stato amorfo.
• È difficile prepararli per fusione perché hanno T di fusione troppo alte
• Sono solidi a temperatura ambiente → in generale sì, tranne mercurio
• Danno origine a leghe → vero: esempio l’acciaio: carbonio disciolto in ferro

Polimeri termoplastici, termoindurenti ed elastomeri

7) Illustrare differenze tra polimeri termoplastici e termoindurenti ed elastomeri

• Polimeri termoplastici: sono i polimeri più semplici; ho lunghe macromolecole polimeriche legate tra loro esclusivamente da legami deboli: H o vdw, all’interno delle catene ho legami covalenti.
• Polimeri termoindurenti: legami covalenti tra le catene e nelle catene e come risultato ho struttura a maglia.
• Elastomeri: legami covalenti all’interno delle macromolecole e tra le macromolecole ho ponti di zolfo.

Legame ionico

8) Il legame ionico è un legame misto perché contiene...