Curs Chimie 2010 Cap V

8/18/2019 Curs Chimie 2010 Cap V

1/41

Capitolul VCapitolul V

Stari de agregare aStari de agregare amaterieimateriei


2/41

Starea gazoasaStarea gazoasa


3/41

Definitie. Modele ale starii gazoaseDefinitie. Modele ale starii gazoase Gazele sunt constituite din atomi sau molecule si suntGazele sunt constituite din atomi sau molecule si suntcaracterizate de faptul ca nu au forma si volum propriu.caracterizate de faptul ca nu au forma si volum propriu.

Pentru explicarea acestui fapt se considera ca energiaPentru explicarea acestui fapt se considera ca energiacinetica a particulelor constituiente ale gazului estecinetica a particulelor constituiente ale gazului estesuperioara energiei fortelor de interactive dintre ele.superioara energiei fortelor de interactive dintre ele.

UnUn modelmodel al starii gazoase este cel alal starii gazoase este cel al gazului idealgazului ideal,,

ce considera ca:ce considera ca:particulele constituiente ale gazului au dimensiuniparticulele constituiente ale gazului au dimensiunineglijabile fata de distantele dintre ele;neglijabile fata de distantele dintre ele;

actiunea fortelor de atractie intermoleculara este nula;actiunea fortelor de atractie intermoleculara este nula;

ciocnirile dintre molecule sunt elastice.ciocnirile dintre molecule sunt elastice.Comportarea unor astfel de gaze este descrisa deComportarea unor astfel de gaze este descrisa deecuatia de stare a gazului ideal:ecuatia de stare a gazului ideal:

RT pV ν=


4/41

Modelul gazului realModelul gazului realComportarea de gaz ideal este specifica temperaturilor ridicate siComportarea de gaz ideal este specifica temperaturilor ridicate sipresiunilor scazute.presiunilor scazute.

In realitatea apar abateri de la aceasta lege, datorate faptului ca:In realitatea apar abateri de la aceasta lege, datorate faptului ca:moleculele au un volum propriu si deci gazele nu pot fi comprimatemoleculele au un volum propriu si deci gazele nu pot fi comprimatela nesfarsit;la nesfarsit;

intre molecule se exercita forte de atractie intermoleculare, cu atatintre molecule se exercita forte de atractie intermoleculare, cu atatmai mari cu cat volumul gazului este mai mic, ceea ce face camai mari cu cat volumul gazului este mai mic, ceea ce face cagazele sa fie supuse unei presiuni suplimentare.gazele sa fie supuse unei presiuni suplimentare.

Utilizand aceste corectii, van der aals a propus o noua forma aUtilizand aceste corectii, van der aals a propus o noua forma aecuatiei de stare:ecuatiei de stare:

unde termenulunde termenul se numeste presiune interna si arese numeste presiune interna si are

semnificatia presiunii suplimentare exercitatea de actiunea fortelorsemnificatia presiunii suplimentare exercitatea de actiunea fortelorde atractie intermoleculare, iar b se numeste covolum, reprezintade atractie intermoleculare, iar b se numeste covolum, reprezintacorectia de volum datorata volumului moleculelor, iar ca valoarecorectia de volum datorata volumului moleculelor, iar ca valoareeste de patru ori mai mare decat volumul lor.este de patru ori mai mare decat volumul lor.

!cuatia gazelor ideale este un caz limita a ecuatiei gazelor reale,!cuatia gazelor ideale este un caz limita a ecuatiei gazelor reale,ce descrie mai complet comportarea acestora.ce descrie mai complet comportarea acestora.

RT) bV)(V

a p( ν=−+

2

2V

a


5/41

Proprietatile gazelor Proprietatile gazelor "ensitatea gazelor este redusa, de ordinul #g$m"ensitatea gazelor este redusa, de ordinul #g$mcc si depinde desi depinde de

natura gazului, presiune, temperatura.natura gazului, presiune, temperatura.

Pentru aplicatiile uzuale poate fi apreciata usor utilizand ecuatia dePentru aplicatiile uzuale poate fi apreciata usor utilizand ecuatia destare a gazului:stare a gazului:

undeunde este masa molara a gazului.este masa molara a gazului.

Pentru amestecuri de gazePentru amestecuri de gaze::

RT

pµ=ρ

∑=

⋅µ=ρ

N

1i

ii

RT

pµ


6/41

Umiditatea gazelor Umiditatea gazelor Umiditatea gazelor% gazele de interes practic contin si o anumitaUmiditatea gazelor% gazele de interes practic contin si o anumitacantitate de vapori de apa. astfel, Presiunea aerului va fi data decantitate de vapori de apa. astfel, Presiunea aerului va fi data desuma dintre presiunile partiale ale componentilor lui, &suma dintre presiunile partiale ale componentilor lui, &'' si (si ('' sisipresiunea partiala a vaporilor de apa.presiunea partiala a vaporilor de apa.)a fiecare temperatura exista o presiune de saturatie a vaporilor de)a fiecare temperatura exista o presiune de saturatie a vaporilor deapa din aer, dincolo de care ei incep sa condenseze.apa din aer, dincolo de care ei incep sa condenseze.

Umiditatea aerului se exprima de obicei in umiditate relativa,Umiditatea aerului se exprima de obicei in umiditate relativa,definita ca raportul intre presiunea vaporilor la o anumitadefinita ca raportul intre presiunea vaporilor la o anumitatemperatura si presiunea de saturatie la acea temperatura.temperatura si presiunea de saturatie la acea temperatura.

Presiunea de saturatie a vaporilor creste cu temperaturPresiunea de saturatie a vaporilor creste cu temperatura.a. !ste posibil ca aerul cald, cu o anumita umiditate si deci o anumita!ste posibil ca aerul cald, cu o anumita umiditate si deci o anumitapresiune de vapori, la coborarea temperaturii sa atinga *punctul depresiune de vapori, la coborarea temperaturii sa atinga *punctul deroua* % temperatura la care este atinsa presiunea de saturatie aroua* % temperatura la care este atinsa presiunea de saturatie avaporilor si sa inceapa sa condenseze. +cest fenomen se poatevaporilor si sa inceapa sa condenseze. +cest fenomen se poateintampla in interiorul zidariilor in care exista un gradient deintampla in interiorul zidariilor in care exista un gradient detemperatura si este inlaturat de obicei prin instalarea unor barieretemperatura si este inlaturat de obicei prin instalarea unor barierede vapori % straturi din materiale impermeabile pentru vapori.de vapori % straturi din materiale impermeabile pentru vapori.

"e asemenea, decomprimarea brusca a gazelor umede"e asemenea, decomprimarea brusca a gazelor umedecomprimate, poate conduce la formarea unor dopuri de geatacomprimate, poate conduce la formarea unor dopuri de geatarezultate in urma condensarii si ingetarii apei, ce pot blocarezultate in urma condensarii si ingetarii apei, ce pot blocaconductele. Un astfel de incident, minor in aparenta, a condus laconductele. Un astfel de incident, minor in aparenta, a condus la

pierderea unui submarin nuclear american in perioada razboiuluipierderea unui submarin nuclear american in perioada razboiuluirece.rece.


7/41

Starea lichidaStarea lichida


8/41

DefinireDefinire )a micsorarea, in conditii rezonabile de temperatura, a)a micsorarea, in conditii rezonabile de temperatura, adistantei dintre particulele constituiente ale unui gaz,distantei dintre particulele constituiente ale unui gaz,

prin comprimare, fortele de interactie atractiva cresc siprin comprimare, fortele de interactie atractiva cresc sidevin destul de mari pentru a asigura aparitia uneidevin destul de mari pentru a asigura aparitia uneiordini la distante mici. -istemul de particule intra intr%oordini la distante mici. -istemul de particule intra intr%ostare noua de agregare, denumita stare licida, ce estestare noua de agregare, denumita stare licida, ce estecaracterizata de volum propriu licidele sunt foartecaracterizata de volum propriu licidele sunt foarte

putin compresibile/ si lipsa formei proprii.putin compresibile/ si lipsa formei proprii.-tarea licida este asemanatoare celei gazoase prin-tarea licida este asemanatoare celei gazoase prinexistenta unei libertati de miscare avansate aexistenta unei libertati de miscare avansate aparticulelor componente si celei solide prin existentaparticulelor componente si celei solide prin existentaunei ordini la mica distanta % atomii sunt asezati inunei ordini la mica distanta % atomii sunt asezati in

anumite pozitii unii fata de ceilalti, ordinea fiind insa dinanumite pozitii unii fata de ceilalti, ordinea fiind insa dince in ce mai putin evidenta cu cresterea distantei dintrece in ce mai putin evidenta cu cresterea distantei dintreacestia.acestia.

"esi starea licida este definita de mult timp, ciar si in"esi starea licida este definita de mult timp, ciar si in

prezent fizicienii lucreaza la realizarea unei teoriiprezent fizicienii lucreaza la realizarea unei teoriicoerente a acesteia.coerente a acesteia.


9/41

Proprietatile lichidelor Proprietatile lichidelor

"ensitatea licidelor este mult mai mare ca a gazelor,"ensitatea licidelor este mult mai mare ca a gazelor,fiind de ordinul a 01fiind de ordinul a 0111112g$m3.2g$m3.

Presiunea de vapori a licidelor, reprezinta presiuneaPresiunea de vapori a licidelor, reprezinta presiuneavaporilor aflati in ecilibru cu suprafata licidului la ovaporilor aflati in ecilibru cu suprafata licidului la oanumita temperatura.anumita temperatura.

+ceasta presiune creste cu temperatura si la un+ceasta presiune creste cu temperatura si la un

moment dat egaleaza o atmosfera; acest punct semoment dat egaleaza o atmosfera; acest punct senumeste in mod uzual temperatura de fierbere.numeste in mod uzual temperatura de fierbere.

)a fierbere, evaporarea licidului are loc in toata masa)a fierbere, evaporarea licidului are loc in toata masasa, presiunea vaporilor egaland presiunea exercitata dinsa, presiunea vaporilor egaland presiunea exercitata dinexterior, fapt ce conduce la aparitia de bule de vaporiexterior, fapt ce conduce la aparitia de bule de vapori

ce urca la suprafata. 4emperatura de fierbere depindece urca la suprafata. 4emperatura de fierbere depindede natura licidului, prin fortele intermoleculare.de natura licidului, prin fortele intermoleculare.

55odificarea presiunii gazului de deasupra unui licidodificarea presiunii gazului de deasupra unui licidconduce la modificarea temperaturii de fierbere.conduce la modificarea temperaturii de fierbere.


10/41

Viteza de evaporareViteza de evaporare6iteza de evaporare v reprezinta masa de licid ce se evapora in6iteza de evaporare v reprezinta masa de licid ce se evapora inunitatea de timp de pe unitatea de suprafata:unitatea de timp de pe unitatea de suprafata:

unde punde pmm este presiunea vaporilor saturanti la acea temperaturaeste presiunea vaporilor saturanti la acea temperatura

p este presiunea de vaporip este presiunea de vapori;; 7 presiunea gazului de deasupra7 presiunea gazului de deasupra

# constanta specifica fiecarui licid# constanta specifica fiecarui licid

;;

- suprafata de evaporare.- suprafata de evaporare.

6iteza de evaporare a licidelor este importanta pentru6iteza de evaporare a licidelor este importanta pentrufenomenele de uscare a materialelor de constructii, uscareafenomenele de uscare a materialelor de constructii, uscareamultora avand loc cu contractii de volum, ce genereaza fisuri simultora avand loc cu contractii de volum, ce genereaza fisuri siscaderea rezistentelor materialului. "e asemenea viteza descaderea rezistentelor materialului. "e asemenea viteza deevaporare a solventului din vopsele determina modul de utilizare aevaporare a solventului din vopsele determina modul de utilizare aacestora % o vopsea al carei solvent se evapora mai greu, cum esteacestora % o vopsea al carei solvent se evapora mai greu, cum este

8ite spirtul, poate patrunde mai bine in toate asperitatile8ite spirtul, poate patrunde mai bine in toate asperitatilesuprafetei, nefiind necesara o sablare, in multe cazuri scumpa sausuprafetei, nefiind necesara o sablare, in multe cazuri scumpa saupractic imposibil de executat din cauza riscurilor ecologice. "epractic imposibil de executat din cauza riscurilor ecologice. "eexemplu, in cazul vopsirii podurilor metalice existente, nu esteexemplu, in cazul vopsirii podurilor metalice existente, nu esteposibila indepartarea prin sablare a stratului de rugina existent,posibila indepartarea prin sablare a stratului de rugina existent,deoarece miniul de plumb utilizat de obicei ca grund ar polua apeledeoarece miniul de plumb utilizat de obicei ca grund ar polua apele

de dedesubt; se utilizeaza o vopsea cu uscare lenta care ramanede dedesubt; se utilizeaza o vopsea cu uscare lenta care ramanefluida mai mult timp si poate patrunde prin stratul de rugina.fluida mai mult timp si poate patrunde prin stratul de rugina.

H

) p p(Sk v m

−=


11/41

VascozitateaVascozitatea

6ascozitatea licidelor este o proprietate caracterizata6ascozitatea licidelor este o proprietate caracterizataprin forta ce se manifesta la deplasarea unui strat deprin forta ce se manifesta la deplasarea unui strat defluid in raport cu altul:fluid in raport cu altul:

undeunde este coeficientul de vascozitatea dinamica.este coeficientul de vascozitatea dinamica.

-e masoara in &s$m'; exista si o unitate tolerata-e masoara in &s$m'; exista si o unitate tolerata0Poise91.0&s$m'.0Poise91.0&s$m'.

6ascozitatea cinematica este definita prin relatia:6ascozitatea cinematica este definita prin relatia:

si se exprima de obicei in cm'$s.si se exprima de obicei in cm'$s.

6ascozitatea !ngler !/ se exprima in grade !ngler si6ascozitatea !ngler !/ se exprima in grade !ngler sieste definita prin raportul dintre timpul necesar pentrueste definita prin raportul dintre timpul necesar pentru

scurgerea unui licid printr%un orificiu standardizat si celscurgerea unui licid printr%un orificiu standardizat si celcorespuzator scurgerii apei, la aceeasi temperatura.corespuzator scurgerii apei, la aceeasi temperatura.

dx

dvdSdF η=

η

ρ

η= ν

t


12/41

Starea solidaStarea solida

Retele cristalineRetele cristaline


13/41

DefinireDefinire

-tarea solida este caracterizata de existenta formei si-tarea solida este caracterizata de existenta formei sivolumului propriu. Particulele constituiente suntvolumului propriu. Particulele constituiente suntputernic legate intre ele prin forte a caror natura poateputernic legate intre ele prin forte a caror natura poatediferi si care nu le permit sa se deplaseze liber ci doardiferi si care nu le permit sa se deplaseze liber ci doarsa oscileze in jurul unor pozitii de ecilibru.sa oscileze in jurul unor pozitii de ecilibru.

-olidele sunt caracterizate de microstructura si textura.-olidele sunt caracterizate de microstructura si textura.

5icrostructura reprezinta modul de aranjare in spatiu a5icrostructura reprezinta modul de aranjare in spatiu aparticulelor constituiente.particulelor constituiente.

++sezaresezareaa poate fi ordonata, ca in cazul substantelorpoate fi ordonata, ca in cazul substantelorcristaline, cu o ordine la mica distanta % cazulcristaline, cu o ordine la mica distanta % cazul

substantelor vitroase si complet dezordonate %substantelor vitroase si complet dezordonate %substantele amorfe.substantele amorfe.

4extura reprezinta structura substantelor la o scara4extura reprezinta structura substantelor la o scaramacroscopica si poate fi masiva, lamelara, grauntoasa,macroscopica si poate fi masiva, lamelara, grauntoasa,fibroasa.fibroasa.


14/41

Solide cristalineSolide cristaline

-olidele cristaline sunt caracterizate de aranjamentul-olidele cristaline sunt caracterizate de aranjamentul

ordonat al particulelor.ordonat al particulelor.-olidele cristaline se prezinta sub forma de cristale,-olidele cristaline se prezinta sub forma de cristale,vizibile cu ociul liber sau la microscop sau ca agregatevizibile cu ociul liber sau la microscop sau ca agregatepolicristaline, a caror structura cristalina a fostpolicristaline, a caror structura cristalina a fostdeterminata prin difractie de raze % majoritateadeterminata prin difractie de raze % majoritateametalelor, geata, marmura.metalelor, geata, marmura.

Cristalele sunt corpuri solide, omogene, cu o formaCristalele sunt corpuri solide, omogene, cu o formapoliedrica regulata.poliedrica regulata.

( lege importanta a stiintei care se ocupa cu studiul( lege importanta a stiintei care se ocupa cu studiul

cristalelor % cristalografia considera ca ungiurile dintrecristalelor % cristalografia considera ca ungiurile dintrefetele ecivalente ale cristalelor sunt egale pentrufetele ecivalente ale cristalelor sunt egale pentruindivizii unei anumite specii cristaline. Cristalele realeindivizii unei anumite specii cristaline. Cristalele realeau forme diferite datorita conditiilor de cristalizare, darau forme diferite datorita conditiilor de cristalizare, darungiurile dintre fetele ecivalente sunt mereu egaleungiurile dintre fetele ecivalente sunt mereu egale..


15/41

Cristal ideal si real din sistemul !e"agonalCristal ideal si real din sistemul !e"agonal


16/41

Celula elementaraCelula elementara

Cristalele substantelor pure apar din topitura, laCristalele substantelor pure apar din topitura, lascaderea temperaturii sub o valoare numitascaderea temperaturii sub o valoare numitatemperatura de solidificare sau de topire sau din solutii,temperatura de solidificare sau de topire sau din solutii,cand concentratia acestora depaseste valoareacand concentratia acestora depaseste valoareasolubilitatii la acea temperatura.solubilitatii la acea temperatura.

Intr%un cristal atomii, ionii sau moleculele suntIntr%un cristal atomii, ionii sau moleculele suntasezate la distante egale pe diferite directii, formandasezate la distante egale pe diferite directii, formand

siruri reticulare. -irurile reticulare paralele intre elesiruri reticulare. -irurile reticulare paralele intre eledetermina plane reticulare. -e formeaza astfel o reteadetermina plane reticulare. -e formeaza astfel o reteatridimensionala % reteaua cristalina in care particuleletridimensionala % reteaua cristalina in care particuleleconstituiente ocupa nodurile acestei retele % locuri deconstituiente ocupa nodurile acestei retele % locuri deintersectie a sirurilor si planelor reticulare. Cristalele inintersectie a sirurilor si planelor reticulare. Cristalele in

care periodicitatea asezarii particulelor componentecare periodicitatea asezarii particulelor componenteeste perfecta se numesc cristale ideale.este perfecta se numesc cristale ideale.

Cea mai mica grupare de particule in care se regasescCea mai mica grupare de particule in care se regasesctoate caracteristicile retelei, retea care poate fi obtinutatoate caracteristicile retelei, retea care poate fi obtinutaprin repetarea de o infinitate de ori a acesteia seprin repetarea de o infinitate de ori a acesteia se

numeste celula elementara.numeste celula elementara.


17/41


Celula elementara este o prisma care are anumiteCelula elementara este o prisma care are anumite

elemente de simetrie cum sunt centre, axe si plane deelemente de simetrie cum sunt centre, axe si plane desimetrie.simetrie.

-%a demonstrat matematic ca exista numai 3' de tipuri-%a demonstrat matematic ca exista numai 3' de tipuridiferite de combinatii ale elementelor de simetrie carediferite de combinatii ale elementelor de simetrie care

sa genereze prin repetare o retea spatiala fara goluri,sa genereze prin repetare o retea spatiala fara goluri,numite clase de simetrie a cristalelor.numite clase de simetrie a cristalelor.

unctie de forma geometrica a celulei elementareunctie de forma geometrica a celulei elementareaceste clase de simetrie se impart in < sistemeaceste clase de simetrie se impart in < sistemecristaline.cristaline.

orma celulei elementare este data de dimensiunileorma celulei elementare este data de dimensiunilemuciilor prismei, numite constante ale retelei a, b, c simuciilor prismei, numite constante ale retelei a, b, c siungiurile dintre ele.ungiurile dintre ele.


18/41


19/41


iecare particula este inconjurata in retea de alte particule. -eiecare particula este inconjurata in retea de alte particule. -enumeste numar de cordinatie numarul de particule din imediatanumeste numar de cordinatie numarul de particule din imediata

vecinatate. Cu cat numarul de coordinatie este mai mare cu atatvecinatate. Cu cat numarul de coordinatie este mai mare cu atatparticulele sunt asezate mai compact.particulele sunt asezate mai compact.

--e defineste compactitateae defineste compactitatea 22::

296olumul particulelor$volumul retelei x011 =/296olumul particulelor$volumul retelei x011 =/

Compactitatea retelei influenteaza proprietatile substantelorCompactitatea retelei influenteaza proprietatile substantelorcristaline % densitatea, etc.cristaline % densitatea, etc.

+sezarea ordonata si cu densitati diferite dupa anumite directii se+sezarea ordonata si cu densitati diferite dupa anumite directii seafla la originea anizotropiei proprietatilor indice de refractie,afla la originea anizotropiei proprietatilor indice de refractie,proprietati mecanice/ substantelor cristaline. -unt izotropeleproprietati mecanice/ substantelor cristaline. -unt izotropelesubstantele cristalizate in sistemul cubic precum si metalele.substantele cristalizate in sistemul cubic precum si metalele.5etalele sunt izotrope datorita structurii policristaline, fiind5etalele sunt izotrope datorita structurii policristaline, fiindrezultatul medierii statistice a izotropiei fiecarui graunte cristalin inrezultatul medierii statistice a izotropiei fiecarui graunte cristalin in

parte. )a aplicarea unor anumite tratamente, cum este deformareaparte. )a aplicarea unor anumite tratamente, cum este deformareala rece, se obtine o aliniere a orientarii retelelor din grauntiila rece, se obtine o aliniere a orientarii retelelor din grauntiicristalin si incep sa se manifeste proprietatile anizotrope.cristalin si incep sa se manifeste proprietatile anizotrope.


20/41

Tipuri de retele cristalineTipuri de retele cristaline

Retele moleculareRetele moleculare

&odurile retelei sunt ocupate de molecule polare sau&odurile retelei sunt ocupate de molecule polare saunepolare intre care se exercita legaturi de idrogen saunepolare intre care se exercita legaturi de idrogen sauvan der aals. ortele de coeziune sunt slabe astfelvan der aals. ortele de coeziune sunt slabe astfelincat substantele respective au punct de topire scazutincat substantele respective au punct de topire scazutsi rezistente mecanice reduse.si rezistente mecanice reduse.

!xemple: apa, C(!xemple: apa, C('', majoritatea substantelor organice, majoritatea substantelor organice

Retele atomiceRetele atomice

In noduri se gasec atomi legati intre ei prin covalente,In noduri se gasec atomi legati intre ei prin covalente,ca in cazul grafitului, diamantului. )egatura covalentaca in cazul grafitului, diamantului. )egatura covalentaeste puternica si drept urmare temperaturile de topireeste puternica si drept urmare temperaturile de topiresunt ridicate iar rezistentele mecanice bune.sunt ridicate iar rezistentele mecanice bune.


21/41

Tipuri de retele cristalineTipuri de retele cristaline

Retele ioniceRetele ionice

+u in noduri ioni, asezati astfel incat toi vecinii sai au+u in noduri ioni, asezati astfel incat toi vecinii sai ausarcina electrica opusa. ortele de legatura suntsarcina electrica opusa. ortele de legatura suntputernice, de natura electrostatica, asezarea esteputernice, de natura electrostatica, asezarea estecompacta astfel incat substantele ionice au temperaturicompacta astfel incat substantele ionice au temperaturide topire ridicate desi proprietatile mecanice nu suntde topire ridicate desi proprietatile mecanice nu suntdeosebite.deosebite.

Retele metaliceRetele metalice

-unt caracteristice metalelor, atomii metalici gasindu%se-unt caracteristice metalelor, atomii metalici gasindu%se

in nodurile retelei.in nodurile retelei.5etalele au numar de coordinatie mare >%0',5etalele au numar de coordinatie mare >%0',cristalizand in sistemele cubic cu volum centrat, cubiccristalizand in sistemele cubic cu volum centrat, cubiccu fete centrate si exagonal compact.cu fete centrate si exagonal compact.


22/41

SSistemul cu#ic cu volum centratistemul cu#ic cu volum centrat

In cazul sistemului cubic cu volumIn cazul sistemului cubic cu volum

centrat, intalnit la e si Cr, numarul decentrat, intalnit la e si Cr, numarul decoordinatie este >, fiecare celulacoordinatie este >, fiecare celulacontinand cate ' atomi:0?>x0$>.continand cate ' atomi:0?>x0$>.

6olumul ocupat in acest caz este de @>=6olumul ocupat in acest caz este de @>=din spatiul celulei elementare.din spatiul celulei elementare.


23/41

SSistemul cu#ic cu fete centrateistemul cu#ic cu fete centrate

In cazul sistemului cubic cu fete centrate,In cazul sistemului cubic cu fete centrate,

intalnit la Cu, Pb, +u, +g, numarul deintalnit la Cu, Pb, +u, +g, numarul decoordinatie este 0', fiecare celula elementaracoordinatie este 0', fiecare celula elementara

continand cate A atomi:continand cate A atomi:

>x0$>?>x0$>?@@x0$'x0$'

6olumul ocupat in acest caz este de


24/41

SSistemul !e"agonal compactistemul !e"agonal compact

In cazul sistemului exagonal compact, intalnit la 5g,In cazul sistemului exagonal compact, intalnit la 5g,

Bn, 4i, numarul de coordinatie este 0', fiecare celulaBn, 4i, numarul de coordinatie este 0', fiecare celula

elementara continand cateelementara continand cate


25/41

Izomorfism.Izomorfism.

PolimorfismPolimorfism


26/41

$zomorfism. $zotipie$zomorfism. $zotipie

Proprietatea substantelor cimic diferite de a cristalizaProprietatea substantelor cimic diferite de a cristalizaimpreuna in acelasi edificiu cristalin se numesteimpreuna in acelasi edificiu cristalin se numesteizomorfism.izomorfism.

Un amestec topit de doua substante izomorfeUn amestec topit de doua substante izomorfecristalizeaza formand cristale mixte, in care se potcristalizeaza formand cristale mixte, in care se potinlocui reciproc in orice proportie. -e formeaza solutiiinlocui reciproc in orice proportie. -e formeaza solutii

solide a caror compozitie poate varia continuu functiesolide a caror compozitie poate varia continuu functiede compozitia topiturii.de compozitia topiturii.

Pentru ca ' substante sa fie izomorfe este necesar caPentru ca ' substante sa fie izomorfe este necesar caele sa cristalizeze in acelasi tip de celula elementara, iarele sa cristalizeze in acelasi tip de celula elementara, iarparticulele componente sa aiba dimensiuni apropiateparticulele componente sa aiba dimensiuni apropiate

sa nu difere cu mai mult de 0=/. 2Cl cu 2Dr izomorfesa nu difere cu mai mult de 0=/. 2Cl cu 2Dr izomorfedimensiuni Cl, Drdimensiuni Cl, Dr apropiateapropiate..

Cand dimensiunile particulelor componente difera mult,Cand dimensiunile particulelor componente difera mult,substantele respective se numesc izotipe dacasubstantele respective se numesc izotipe dacacristalizeaza in acelasi tip de celula elementara: )iCl%cristalizeaza in acelasi tip de celula elementara: )iCl%2Cl, 5g(%e( .2Cl, 5g(%e( .


27/41

%olimorfism%olimorfism

Polimorfismul este proprietatea unei substante cimicePolimorfismul este proprietatea unei substante cimicede a cristaliza in doua sau mai multe forme cristalinede a cristaliza in doua sau mai multe forme cristaline

functie de temperatura si presiune.functie de temperatura si presiune.+ceste transformari se petrec la anumite temperaturi in+ceste transformari se petrec la anumite temperaturi inanumite conditii de presiune/, sunt insotite de efecteanumite conditii de presiune/, sunt insotite de efectetermice si de variatii discontinue ale proprietatilor fizicetermice si de variatii discontinue ale proprietatilor fiziceca densitate, modul de elasticitate, coeficient deca densitate, modul de elasticitate, coeficient de

dilatare. In cazul -i(dilatare. In cazul -i('':: cuart cuart tridimit cristobalitcuart cuart tridimit cristobalit

sistemsistem sistem sistem sistemsistem sistem sistem

exagonal exagonal exagonalexagonal exagonal exagonal

cubic cubic9',@>g$cm3 9',@@g$cm39',@>g$cm3 9',@@g$cm39','>g$cm3 9','1g$cm39','>g$cm3 9','1g$cm3

Ca o consecinta, in betoanele refractare concepute saCa o consecinta, in betoanele refractare concepute sareziste la temperaturi ridicate/ nu sunt recomandatereziste la temperaturi ridicate/ nu sunt recomandate

pentru utilizare agregatele silicioase.pentru utilizare agregatele silicioase.


28/41

&lotropie &lotropie+lotropia este proprietatea elementelor cimice de a exista in mai+lotropia este proprietatea elementelor cimice de a exista in maimulte forme cristaline. +lotropia e are consecinte importante inmulte forme cristaline. +lotropia e are consecinte importante in

practica:practica:

+tomii de C, avand dimensiuni reduse pot difuza in reteaua cu+tomii de C, avand dimensiuni reduse pot difuza in reteaua cudistante interatomice ceva mai mari, formand solutii solidedistante interatomice ceva mai mari, formand solutii solide

interstitiale, cu bune proprietati mecanice.interstitiale, cu bune proprietati mecanice.


29/41

Defecte ale retelei cristalineDefecte ale retelei cristaline Cristalele reale contin o serie de abateri de laCristalele reale contin o serie de abateri de lageometria ideala numite defecte de structura.geometria ideala numite defecte de structura.

unctie de geometria lor acestea pot fiunctie de geometria lor acestea pot fipunctiforme, liniare, de suprafata si de volum.punctiforme, liniare, de suprafata si de volum.

Defectele punctiformeDefectele punctiforme sunt de ordinul desunt de ordinul demarime al distantelor interatomice.marime al distantelor interatomice.

VacanteleVacantele reprezinta lipsa unor particule dinreprezinta lipsa unor particule dinnodurile retelei cristaline. Cauza aparitieinodurile retelei cristaline. Cauza aparitieivacantelor o constituie faptul ca particulele cu ovacantelor o constituie faptul ca particulele cu oenergie mare pot parasi reteaua, fenomenenergie mare pot parasi reteaua, fenomenintalnit in special in zona superficiala aintalnit in special in zona superficiala a

materialului. )ocul lor este ocupat de altematerialului. )ocul lor este ocupat de alteparticule venite din interior, astfel incatparticule venite din interior, astfel incatvacantele migreaza catre interior. )a crestereavacantele migreaza catre interior. )a crestereatemperaturii se mareste energia particulelor dintemperaturii se mareste energia particulelor dinretea si odata cu ea si posibilitatea de pierdere aretea si odata cu ea si posibilitatea de pierdere alor paralel cu concentratia vacantelor.lor paralel cu concentratia vacantelor.

D f t tifD f t tif


30/41

Defecte punctiformeDefecte punctiforme Particulele interstitialeParticulele interstitiale sunt defecte care apar prin trecerea unorsunt defecte care apar prin trecerea unor

particule din noduri in interstitiile dintre alte particule.particule din noduri in interstitiile dintre alte particule.

Particulele straineParticulele straine pot genera defecte de substitutie saupot genera defecte de substitutie sau

interstitiale, functie de locul lor in retea E inlocuind particule aleinterstitiale, functie de locul lor in retea E inlocuind particule aleretelei sau intrand in interstitiile retelei.retelei sau intrand in interstitiile retelei.

unctie de dimensiunea lor pot deforma mai mult sau mai putinunctie de dimensiunea lor pot deforma mai mult sau mai putin

reteaua.reteaua.


31/41

Defecte liniareDefecte liniare Defecte liniareDefecte liniare reprezinta imperfectiuni liniare ale retelei.reprezinta imperfectiuni liniare ale retelei.

DislocatiileDislocatiile reprezinta perturbari ale directiei unuia sau mai multorreprezinta perturbari ale directiei unuia sau mai multor

plane reticulare. -e defineste vectorul Durger ca fiind dat deplane reticulare. -e defineste vectorul Durger ca fiind dat dedirectia in care a alunecat o parte a cristalului fata de cealalta.directia in care a alunecat o parte a cristalului fata de cealalta.

"islocatia este perpendiculara"islocatia este perpendiculara pepe vectorul de alunecare.vectorul de alunecare.

D f t li iD f t li i


32/41

Defecte liniareDefecte liniare

"islocatiile se pot deplasa prin cristal, doua dislocatii"islocatiile se pot deplasa prin cristal, doua dislocatiiputandu%se anula sau se pot bloca intr%o particulaputandu%se anula sau se pot bloca intr%o particula

straina.straina."ensitatea dislocatiilor este definita ca fiind lungimea"ensitatea dislocatiilor este definita ca fiind lungimealor in unitatea de volum a cristalului:lor in unitatea de volum a cristalului:

m%'/m%'/

Influenta dislocatiilor asupra proprietatilor mecaniceInfluenta dislocatiilor asupra proprietatilor mecaniceeste foarte mare. 5aterialele au o rezistenta teoreticaeste foarte mare. 5aterialele au o rezistenta teoreticacare poate fi dedusa din taria legaturii dintre particulelecare poate fi dedusa din taria legaturii dintre particuleleconstituiente ale retelei.constituiente ale retelei.

Fezistentele obtinute experimental au valori de 011%Fezistentele obtinute experimental au valori de 011%

0111 ori mai mici decat cea teoretica datorita existentei0111 ori mai mici decat cea teoretica datorita existenteidefectelor.defectelor.

Fezistenta metalelor de exemplu, variaza cu densitateaFezistenta metalelor de exemplu, variaza cu densitateadefectelor astfel:defectelor astfel:

V

l = ρ

$ t t di l tiil$mportanta dislocatiilor


33/41

$mportanta dislocatiilor$mportanta dislocatiilor

09rezistenta teoretica09rezistenta teoretica

'98is#ersuri % cristale foarte mici cu lungimi '%01mm si diametru 1,%''98is#ersuri % cristale foarte mici cu lungimi '%01mm si diametru 1,%'

micrometri, practic fara defectemicrometri, practic fara defecte39 rezistenta metalelor dupa recoacere 90139 rezistenta metalelor dupa recoacere 901expexp>%01>%01expexp0'm%'.0'm%'.

A9rezistenta metalelor supuse tratamentelor termice sau mecanice EA9rezistenta metalelor supuse tratamentelor termice sau mecanice Erezistenta creste ca urmare a blocarii si interactiunii dintre defecte.rezistenta creste ca urmare a blocarii si interactiunii dintre defecte.

"eplasarea dislocatiilor determina un comportament plastic, ductil."eplasarea dislocatiilor determina un comportament plastic, ductil.Cresterea numarului de defecte determina fragilitate 01Cresterea numarului de defecte determina fragilitate 01expexp0@%0@%0101expexp0


34/41

Defecte superficiale si de volumDefecte superficiale si de volumDefecte de suprafataDefecte de suprafata sunt imperfectiunisunt imperfectiunibidimensionalebidimensionale

+cestea apar la suprafata grauntilor cristalini sau in+cestea apar la suprafata grauntilor cristalini sau ininteriorul lor. Grauntii metalici sunt compusi din blocuriinteriorul lor. Grauntii metalici sunt compusi din blocuriizolate ce formeaza o structura de tip mozaic. Planeleizolate ce formeaza o structura de tip mozaic. Planelereticulare ale blocurilor vecine formeaza ungiuri foartereticulare ale blocurilor vecine formeaza ungiuri foartemici, de ordinulmici, de ordinul ssecundelor sau minutelor. Ungiurileecundelor sau minutelor. Ungiurile

dintre planele reticulare ale grauntilor cristalini suntdintre planele reticulare ale grauntilor cristalini suntmari, de ordinul gradelor si zecilor de grade.mari, de ordinul gradelor si zecilor de grade.

Bona de trecere intre grauntii cristalini este deBona de trecere intre grauntii cristalini este deasemenea o zona defectuoasa atomii nefiind intr%oasemenea o zona defectuoasa atomii nefiind intr%o

stare de ecilibru. "rept urmare aceasta zona este maistare de ecilibru. "rept urmare aceasta zona este maireactiva si este sediul unor reactii cum este coroziuneareactiva si este sediul unor reactii cum este coroziuneaintercristalina.intercristalina.

Defectele de volumDefectele de volum sunt defecte tridimensionalesunt defecte tridimensionaleformate de obicei din impuritati nedizolvate, solide sauformate de obicei din impuritati nedizolvate, solide sau

gaze.gaze.


35/41

Solide cristaline'Solide cristaline'

vitroase si amorfevitroase si amorfe


36/41

Su#stante cristalineSu#stante cristaline4recerea in stare solida se poate face direct din starea de vapori E4recerea in stare solida se poate face direct din starea de vapori Edesublimare sau din starea licida E cristalizarea din solutie saudesublimare sau din starea licida E cristalizarea din solutie saudin topitura.din topitura.

Cristalizarea substantelor cristaline pure se produce in faze:Cristalizarea substantelor cristaline pure se produce in faze:

% germinarea, care consta in aparitia unor volume foarte mici de% germinarea, care consta in aparitia unor volume foarte mici defaza solida din faza licida, numiti germeni sau centri defaza solida din faza licida, numiti germeni sau centri decristalizarecristalizare

% cresterea cristalelor, care are loc pana atingerea limitei altor% cresterea cristalelor, care are loc pana atingerea limitei altor

cristale sau epuizarea substantei cristaline din faza licidacristale sau epuizarea substantei cristaline din faza licida

In cazul cristalizarii din topitura aceasta se produce la oIn cazul cristalizarii din topitura aceasta se produce la otemperatura numita temperatura de cristalizare, care ramanetemperatura numita temperatura de cristalizare, care ramaneconstanta de la aparitia primului cristal si pana la disparitia ultimeiconstanta de la aparitia primului cristal si pana la disparitia ultimeipicaturi de topitura.picaturi de topitura.

In cazul cristalizarii din solutii, aceasta se produce la atingereaIn cazul cristalizarii din solutii, aceasta se produce la atingerea

unei limite de solubilitate, ce va fi tratata in capitolul dedicatunei limite de solubilitate, ce va fi tratata in capitolul dedicatsistemelor disperse.sistemelor disperse."imensiunea cristalelor este functie de viteza de racire in cazul"imensiunea cristalelor este functie de viteza de racire in cazulcristalizarii din topitura: la racirea rapida se formeaza un numarcristalizarii din topitura: la racirea rapida se formeaza un numarmare de germeni de cristalizare, avand ca rezultat formarea unormare de germeni de cristalizare, avand ca rezultat formarea unorcristale relativ mici.cristale relativ mici.


37/41

In cazul turnarii lingourilor metalice, in zona marginala aparIn cazul turnarii lingourilor metalice, in zona marginala aparcristale mici datorita vitezei mari de racire in zona peretilor.cristale mici datorita vitezei mari de racire in zona peretilor.

Bona intermediara se numeste zona columnara si esteBona intermediara se numeste zona columnara si estecaracterizata de existenta cristalelor dezvoltate in directiacaracterizata de existenta cristalelor dezvoltate in directiagradientului de temperatura.gradientului de temperatura.

In mijlocul lingoului se gaseste zona cristalelor centrale cuIn mijlocul lingoului se gaseste zona cristalelor centrale cucristale mari, bine dezvoltate.cristale mari, bine dezvoltate.

S fS lid f


38/41

Solide amorfeSolide amorfe -olidele amorfe sunt caracterizate de asezarea-olidele amorfe sunt caracterizate de asezareacomplet dezordonata a particulelorcomplet dezordonata a particulelor

constituiente.constituiente.-e obtin prin condensarea vaporilor, nu pot-e obtin prin condensarea vaporilor, nu pottrece in mod normal in stare cristalina si sunttrece in mod normal in stare cristalina si suntcaracterizate de o mare reactivitate datoritacaracterizate de o mare reactivitate datorita

incarcarii energetice mari, rezultat al departariiincarcarii energetice mari, rezultat al departariide starea de ecilibru caracteristica soliduluide starea de ecilibru caracteristica soliduluicristalin.cristalin.

+stfel, daca nisipul cuartos este inert sau+stfel, daca nisipul cuartos este inert saureactioneaza foarte greu la temperaturareactioneaza foarte greu la temperatura

camerei cu Ca(7/camerei cu Ca(7/'', silicea ultrafina, un, silicea ultrafina, unmaterial amorf rezultat prin condensareamaterial amorf rezultat prin condensareavaporilor de -i(vaporilor de -i('' din cuptoarele utilizate ladin cuptoarele utilizate laobtinerea ferosiliciului, reactioneaza relativ usorobtinerea ferosiliciului, reactioneaza relativ usorcu acesta, motiv pentru care folosita in betoanecu acesta, motiv pentru care folosita in betoanepentru reducerea permeabilitatii acestora.pentru reducerea permeabilitatii acestora.


39/41

Diagrama cristalin(vitros(amorf Diagrama cristalin(vitros(amorf

Solide vitroaseSolide vitroase


40/41

Solide vitroaseSolide vitroase-olidele vitroase sau sticloase prezinta un anumit grad de ordonare-olidele vitroase sau sticloase prezinta un anumit grad de ordonarea particulelor constituiente si pot trece in timp in stare cristalina,a particulelor constituiente si pot trece in timp in stare cristalina,fenomen numit devitrifiere.fenomen numit devitrifiere.

-tarea vitroasa se obtine prin racirea suficient de rapida a topiturilor-tarea vitroasa se obtine prin racirea suficient de rapida a topiturilorunorunor substante. in cazul -i(substante. in cazul -i(''..

Cuartul cristalin are o structura care proiectata in plan pareCuartul cristalin are o structura care proiectata in plan pareexagonala, in timp ce sticla de cuart prezinta o structuraexagonala, in timp ce sticla de cuart prezinta o structuraasemanatoare dar mult deformata. -ticla obisnuita contine lanturiasemanatoare dar mult deformata. -ticla obisnuita contine lanturide -i(de -i('' intrerupte de ioni pozitivi numiti modificatori de retea. Folulintrerupte de ioni pozitivi numiti modificatori de retea. Folulacestor cationi &a, 2, Ca este de a micsora vascozitatea topiturii,acestor cationi &a, 2, Ca este de a micsora vascozitatea topiturii,

prin intreruperea lanturilor silicatice, precum si de a micsoraprin intreruperea lanturilor silicatice, precum si de a micsoratemperatura de topire.temperatura de topire.


41/41

%roprietati%roprietatiProprietatile substantelor vitroase:Proprietatile substantelor vitroase:

%curbe de racire continue, fara palier;%curbe de racire continue, fara palier;

%prezinta fenomenul de inmuiere: la cresterea temperaturii sticlele%prezinta fenomenul de inmuiere: la cresterea temperaturii sticlelese inmoaie, cand vascozitatea devine 901se inmoaie, cand vascozitatea devine 901expexp0'&s$m' si curg la0'&s$m' si curg lapunctul de curgere cand 901punctul de curgere cand 901expexp>&s$m'. In fapt, solidele vitroase>&s$m'. In fapt, solidele vitroasepot fi privite ca niste topituri subracite racite sub temperatura depot fi privite ca niste topituri subracite racite sub temperatura detopire/ care au o vascozitate enorma ce le imprima un caracter detopire/ care au o vascozitate enorma ce le imprima un caracter decorp aparent solid.corp aparent solid.

%solidele vitroase sunt mai reactive decat cele cristaline, atomii%solidele vitroase sunt mai reactive decat cele cristaline, atomiiaflandu%se in pozitii diferite de cea de ecilibru, cu incarcaturaaflandu%se in pozitii diferite de cea de ecilibru, cu incarcaturaenergetica minima; drept urmare exista o tendinta de a reveni laenergetica minima; drept urmare exista o tendinta de a reveni lastarea cristalina devitrifiere/ sau de a trece in alte combinatii prinstarea cristalina devitrifiere/ sau de a trece in alte combinatii prinreactii cimice. Bgura de furnal macinata se intreactii cimice. Bgura de furnal macinata se intaareste in prezentareste in prezentaunei solutii alcaline; aceeasi zgura incalzita pentru favorizareaunei solutii alcaline; aceeasi zgura incalzita pentru favorizareadevitrifierii nu mai prezinta proprietati liante dupa racire sidevitrifierii nu mai prezinta proprietati liante dupa racire si

macinare.macinare.izotropie, datorita aranjamentului dezordonat al atomilor.izotropie, datorita aranjamentului dezordonat al atomilor.

Curs Chimie 2010 Cap V

Documents

Transcript of Curs Chimie 2010 Cap V