Materia i jej składniki

 

Materia  składa  się  z  wielu  cząstek  elementarnych  (ponad 

300)



  Całość  zjawisk  związanych  z  elementarnymi  cząstkami 

materii  i  oddziaływaniami  między  nimi  opisuje  tzw. 

model 

standardowy

 



 

Według  współczesnej  wiedzy  materia  zbudowana  jest  z 

6 

kwarków  i  6

 

leptonów,  które  są  cząstkami  niepodzielnymi, 

wchodzącymi  (w  grupach  lub  pojedynczo)  w  skład  innych 
cząstek materii

 

 

Najważniejsze cząstki 

elementarne

 

 

Klasyczny model budowy 

atomu



Jądra  o  średnicy  10

-12

  cm, 

zawierającego 

głównie 

protony 

i 

neutrony, 

skupiającego  prawie  całą 
masę 

atomu 

i 

posiadającego 

ładunek 

dodatni.

 

Liczba 

elektronów 

odpowiada 

liczbie 

protonów  w  jądrze,  tak  że 
atom 

jako 

całość 

jest 

elektrycznie obojętny.

Atom  zbudowany  jest 
z:



  Części  zewnętrznej  o 

średnicy  10

-7

  –  10

-8

  cm 

zawierającej krążące wokół 
jądra elektrony.

 

Oderwanie  elektronu  od 

atomu 

lub 

przyłączenie 

elektronu 

do 

atomu, 

powoduje,  ze  staje  się  on 
odpowiednio 

jonem 

dodatnim lub ujemnym.

 

 

Wniosek: atomy są „puste”

Jądro - średnica -  10

-12

 mm

Średnica atomu - 10

-7 

mm

Model 

Jądro = główka szpilki o średnicy 

ok. 1mm

To średnica atomu = 10 m

Elektron

Jądro

 

 

Właściwości materii

Właściwości fizyczne i chemiczne materii zależą od:



 Struktury elektronowej atomów, a w efekcie od rodzaju 

tworzących ją pierwiastków.



 Rodzaju wiązań występujących między atomami.



 Sposobu ułożenia atomów.

 

 

Wiązania pomiędzy atomami

 

Spójność  ciał  stałych  jest  wynikiem  działania  sił 

przyciągania pomiędzy atomami.



  Tworzenie  się  wiązań  między  atomami  polega  na 

wymianie lub uwspólnieniu elektronów walencyjnych



 Ze względu na charakter sił przyciągania w ciałach stałych 

występują następujące rodzaje wiązań:



 Wiązania pierwotne – 

jonowe, kowalencyjne (atomowe) i 

metaliczne

, 



  Wiązania  wtórne  –  międzycząsteczkowe  zwane  często 

wiązaniami Van der Waalsa, 



 Wiązania mieszane.

 

 

 Wiązania jonowe 



  Polegają  na  elektrostatycznym  przyciąganiu  pomiędzy 

dodatnimi i ujemnymi jonami.



  Przykładem  wiązań  jonowych  są  te,  które  występują  w 

chlorku sodu (NaCl) czyli w popularnej soli kuchennej.

 

 

 Wiązania jonowe 

 

 

Równowagowej  odległości 
między  jonami  odpowiada 
minimum 

energii 

oddziaływań, 

nazywane 

energią wiązania

 

 Wiązania jonowe 

 

 

 Wiązania kowalencyjne 



 

Powstają  w  wyniku  dążenia  atomów  do  utworzenia 

trwałych  2  lub  8  elementowych  konfiguracji  przez  powstanie 
wspólnych elektronowych par wiążących.



 Przykładem wiązania kowalencyjnego jest wiązanie w 

cząsteczce wodoru 

 

 



 

Przykładem  „czystego”  wiązania  kowalencyjnego  jest 

wiązanie pomiędzy atomami węgla w 

diamencie.

 Wiązania kowalencyjne 

Sieć krystaliczna diamentu 

model dwuwymiarowy

Sieć krystaliczna diamentu 

model przestrzenny

 

 

 Wiązania kowalencyjne 



 

Wiązania  kowalencyjne  są  bardzo  silne  –  dlatego 

kryształy  z  tymi  wiązaniami  są  bardzo  twarde  i 
wytrzymałe i na ogół mają wysoką temperaturę topnienia.



  Oprócz  diamentu  w  prawie  czystej  postaci  występują  w 

krzemie  i  germanie  oraz  w  węgliku  krzemu,  natomiast 
duży  ich  udział  w  takich  metalach  jak  wolfram,  molibden 
czy  tantal  powoduje    wysoką  temperaturę  topnienia  tych 
metali.

 

 

 Wiązania metaliczne 



 

Jak  sama  nazwa  wskazuje  są  one  dominującym  (choć  nie 

jedynym)  rodzajem  wiązań  występujących  w  metalach  i 
stopach metali.



 W metalu elektrony o najwyższej energii mają tendencję do 

porzucania  „swoich”  atomów  (które  stają  się  jonami)  i 
tworzenia  „chmury”  dość  swobodnie  poruszających  się 
elektronów tzw. gazu elektronowego.



  Poruszające  się  pomiędzy  jonami  elektrony  stanowią 

„lepiszcze”  wiążące  jony  na  zasadzie  elektrostatycznego 
przyciągania



  Właściwości  gazu  elektronowego  uzasadniają  takie 

typowe  właściwości  metali  jak  :  dobre  przewodnictwo 
elektryczne i cieplne, plastyczność i metaliczny połysk.

 

 

 Wiązania wtórne

 Wiązania Van der Waalsa

 

Należą  do  najsłabszych  wiązań  międzyatomowych,  ale 

bardzo istotnych.



  Źródłem  sił  przyciągania  w  tego  rodzaju  wiązaniach  są 

dipole  elektryczne  tzn.  cząsteczki  lub  atomy  o  pewnej 
biegunowości,  która  wynika  z  asymetrii  chwilowego 
rozkładu ładunku przestrzennego atomu względem jądra.



  Przykładem  jest  ciekły  azot,  który  jest  cieczą  w 

temperaturze  -198

o

C  dzięki  siłom  Van  der  Waalsa  pomiędzy 

cząsteczkami N

2

 (o wiązaniach kowalencyjnych)

 

 

 Wiązania wodorowe

 Wiązania wtórne



 Występują między innymi w wodzie i powodują, że jest ona 

cieczą  w „normalnych” warunkach. 



  Bez  tych  wiązań  woda  wrzałaby  w  temperaturze  –  80

o

C  i 

życie  w  tej postaci, w jakiej je znamy na Ziemi, nie mogłoby 
istnieć.



 Łączą między sobą łańcuchy polimerowe, tworząc z nich 

ciała stałe.

 

 

Rodzaje wiązań występujących w 

podstawowych grupach materiałów 

inżynierskich