Wiązania między atomami

• Występują dwa główne rodzaje wiązań między atomami:

– Mocne wiązania pierwotne
– Słabe wiązania wtórne

• Wiązania pierwotne występują jako:

– Wiązania jonowe
– Wiązania atomowe (kowalencyjne)
– Wiązania metaliczne

• Wiązania wtórne (van der Waalsa) mogą się tworzyć 

między atomami lub cząsteczkami charakteryzującymi 
się trwałymi lub chwilowymi dipolami elektrycznymi. 
Tzn. że, mają zaznaczone bieguny elektryczne co 
umożliwia łączenie się cząsteczek i tworzenie kryształu.

Wiązania wtórne (van der 

Waalsa)

• Wiązania wtórne mogą się tworzyć między atomami lub 

cząsteczkami charakteryzującymi się trwałymi lub 
chwilowymi dipolami elektrycznymi.

• (dipolem elektrycznym nazywa się układ dwóch równej 

wielkości, lecz o przeciwnym znaku, ładunków 
elektrycznych, znajdujących się w niewielkiej od siebie 
odległości).

• Mechanizm wiązań wtórnych polega na elektrostatycznym 

przyciąganiu się ładunków przeciwnych i pod tym 
względem jest podobny do wiązań jonowych.

• Dwa rodzaje wiązań wtórnych:

– Wiązania między dipolami chwilowymi
– Wiązania między dipolami trwałymi

Wiązania wtórne (van der Vaalsa)

• Atom Ar (argonu) – wiązanie chwilowe
•     -------------   
• (     (+)  (-)     ) 
•    --------------
• (+) Środek ładunku dodatniego (jądra)
• (-)Środek ładunku ujemnego (elektronów)
• Jeżeli w pobliżu atomu dipola znajdzie się drugi atom Ar, to na 

skutek oddziaływania elektrostatycznego środek ładunku 
ujemnego środek ładunku ujemnego w tym drugim atomie 
zostanie również przesunięty względem środka dodatniego.

• (  (+) (-)  ) <wiązanie wtórne> (  (+) (-)  ) 
• Między 2 atomami Ar wystąpi przyciąganie (trwały dipol.)
• Przesunięcie ładunków przeciwnych w sąsiednim atomie 

spowodowane jest oddziaływaniem elektrostatycznym.

Wiązania wtórne (van der 

Waalsa)

• Wiązania wtórne występują między 

wszystkimi atomami lub cząsteczkami, jeżeli 
występuje choć jedno z trzech wiązań 
pierwotnych (jonowe, atomowe, metaliczne).

• Wiązania wtórne występują:

– Między atomami gazów szlachetnych, które mają 

stabilną strukturę elektronową,

– Między cząsteczkami utworzonymi w wyniku 

wiązań atomowych (kowalencyjnych) np. w 
polimerach.

Struktura materiału

• Struktura jest to sposób ułożenia atomów, faz, ziarn 

w przestrzeni lub na powierzchni płaskiego zgładu z 
uwzględnieniem ich relacji, wielkości, kształtu, 
orientacji.

• Struktura amorficzna (bezpostaciowa) Bezładne, 

przypadkowe rozmieszczenie atomów lub 
cząsteczek w przestrzeni. Charakteryzują się 
mniejszą gęstością wypełnienia przestrzeni w 
porównaniu z materiałami krystalicznymi. Do ciał 
amorficznych należą szkła i 
wielocząsteczkowe polimery.

• Struktura krystaliczna

Monokryształ

• Schemat budowy monokryształu (wygląda jak 

kratki na kartce papieru, jak tablica).

• Metale w stanie stałym mogą występować jako:

– Monokryształy, które charakteryzują się 

prawidłowym rozmieszczeniem przestrzennym 
atomów z zachowaniem jednakowej orientacji 
wszystkich elementarnych komórek sieciowych w 
całej objętości kryształu, właściwości monokryształu 
są anizotropowe,

– Anizotropowe – w określonym kierunku powtarzalne.

Polikryształ, granice ziaren

• Schemat budowy polikryształu
• Schemat struktury polikrystalicznej 

metali

• Tabele są pochylone względem 

siebie, tak, że kierunki się nie 
powtarzają.

• Metale w stanie stałym mogą występować jako:

– Polikryształy; składają się z ziarn, a każde ziarno ma w 

przybliżeniu prawidłową strukturę krystaliczną, właściwości 
polikryształu są izotropowe, (składa się z wielu 
monokryształów[ziaren]). W większości metali i ich 
stopów.

– Granice ziarn oddzielają poszczególne ziarna od siebie. Dzieje 

się tam wiele procesów, na granicach zapoczątkowują się 
procesy przemian, zarodkowania, ponieważ jest tam miejsce 
energetyczne, dzięki pustym miejscom możemy tam coś 
wprowadzić.

– W polikrysztale w obrębie ziarn wyróżnia się podziarna 

ułożone względem siebie pod bardzo małymi kątami (kilka 
minut do kilku stopni)(można je zaobserwować pod 
mikroskopami elektronowymi).

Granice ziaren

• Zakłócenie budowy krystalicznej
• Granica szerokokątowa
• <prostokąty z kulek, które nachodzą na 

siebie pod pewnym kątem).

• Granica wąskokątowa
• W idealny prostokąt wpychamy jeszcze kilka 

atomów, co powoduje powstanie trapezu 
(dyslokacja). W szerokości ziarna jest więcej 
atomów u góry niż na dole.

Granice ziaren w materiale 

polikrystalicznym

• Podstawowy kształt ziaren to 

sześcioboczki spłaszczone.

• W mikroskopie optycznym(a)
• W mikroskopie elektronowym 

transmisyjnym(b).

Udowa materiałów

• Należy rozpatrzyć budowę 

materiałów na poziomie:

• Makrostruktura,
• Mikrostruktura,
• Nanostruktura.

Makrostruktura & 

mikrostruktura

• Makrostruktura materiału – elementy struktury widoczne 

nieuzbrojonym okiem lub przy użyciu przyrządów optycznych 
dających obraz powiększony nie więcej niż 30x. (Badania 
makroskopowe).

• Mikrostruktura materiału – elementy struktury widoczne przy użyciu 

mikroskopów dających powiększenie większe niż 30x. 
(Do około 1000x).

• Metalografia jest jedną z metod badania makrostruktury i 

mikrostruktury materiałów metalowych. Badania metalograficzne 
polegają na oględzinach obiektów lub preparatów i wnioskowaniu na 
podstawie obrazu i analizy poszczególnych jego fragmentów o 
strukturze.

• Przygotowanie zgładu metalograficznego który ujawni nam granice 

ziaren.

• Wyróżnia się badania metalograficzne makroskopowe i mikroskopowe.

Nanostruktura

• Nanostruktura – występuje w nanomateriałach, 

którymi nazywa się polikrystaliczne ciała stałe, w 
których jeden z charakterystycznych wymiarów nie 
przekracza 10nm.

• (1nm = 10(-9)m) przynajmniej w jednym kierunku. 

Można obejrzeć w mikroskopach elektronowych.(do 3 
milionów razy powiększenia).

• Wymiarem jest wielkość ziaren, a także grubość 

warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu.

• Nanostruktura to cienkie warstwy w wymiarach 

nanometrycznych.

• Nanometryczne pokrycie na biomateriałach.

Nanostruktura

• Pojęcie nanomateriałów obejmuje tworzywa 

konstrukcyjne i funkcjonalne, takie jak: metale, 
ceramika i tworzywa sztuczne. Można je odnieść 
do układów biologicznych i medycznych.

• <wymiary bakterii itd.>
• Porównując materiały poliktrystaliczne z 

nanokrystalicznymi, warto zwrócić uwagę na 
liczbę atomów w każdym z nich.

• Przykładowo w 1 mm(3) diamentu jest: 176 

bilionów atomów węgla, w 1 nm(3) jest tylko 176.

Budowa wewnętrzna 

materiałów

• Komórki jednostkowe (elementarne)

– Typy sieci krystalograficznych (komórek 

elementarnych).

• Mają znaczenie:

– W procesach odkształcenia plastycznego,
– Przy termicznej trwałości wiązań,
– W możliwościach modyfikacji składu 

chemicznego,

– Zmianach typu i sił wiązań 

międzyatomowych, międzycząsteczkowych.

Typy sieci i układy 

krystalograficzne

• Znamy 7 układów i 14 typów sieci 

krystalograficznych.

• Krystalografia – budowa 

elementarnych składników 
materiałów komórek.