Строение атома. Общие сведения о строении вещества

Общие сведения о строении вещества

Классификация материалов

I. Основы строения и свойств материалов

Существует несколько классификаций материалов. Например, по агрегатному состоянию все материалы подразделяются на следующие типы:

– твёрдые материалы;

– жидкости;

– газы;

– плазма.

Газ – это состояние вещества, в котором атомы и молекулы не связаны или слабо связаны силами взаимодействия и, хаотически двигаясь, заполняют весь объём. Если силами взаимодействия молекул в газе пренебречь, то такой газ называется идеальным.

Жидкости – вещества, сочетающие свойства газов и твёрдых тел. Тепловое движение молекул (атомов) жидкости представляет собой сочетание малых колебаний около положения равновесия и перескоков из одного положения в другое.

Твёрдое тело характеризуется стабильностью формы. У него атомы могут совершать лишь малые (тепловые) колебания вокруг фиксированных положений равновесия.

Плазма – это особое состояние вещества, здесь оно не рассматривается.

Для данного курса больше подходит классификация технических материалов по назначению:

1) конструкционные;

2) электротехнические;

3) триботехнические;

4) инструментальные;

5) рабочие тела;

6) топливо;

7) технологические.

В курсе лекций рассматриваются только конструкционные и электротехнические материалы.

Конструкционные материалы – твёрдые материалы, предназначенные для изготовления изделий, подвергаемых механическому нагружению.

Электротехнические материалы предназначены для изготовления изделий, применяемых для производства, передачи, преобразования и потребления электроэнергии.

Атом – это наименьшая частица химического элемента, обладающая его свойствами.

Атом состоит из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и т. д. Электрон имеет массу покоя me = 9,1·10^-28г, является носителем наименьшего электрического заряда (кванта электричества)

е = 1,6·10^-19 Кл. Основные характеристики электрона, протона и нейтрона приведены в табл.1.

Таблица 1

Характеристики элементарных частиц

В данном курсе рассматривается простейшая планетарная модель атома, в которой протоны и нейтроны составляют положительно заряженное ядро атома, а электроны движутся по орбитам вокруг ядра. Ядро атома и окружающие его электроны образуют устойчивую пространственную систему. Электроны могут вращаться не по произвольным, а только по строго определенным орбитам, соответствующим устойчивому состоянию атома.

Количество протонов в ядре и порядок заполнения электронами оболочек можно определить по таблице Д. И. Менделеева.

Самые ближние орбиты электронов называются основными, на них электроны могут находиться очень долго, а более удаленные – возбужденными. Здесь электрон долго находиться не может.

Электрон при поглощении фотона (кванта электромагнитного поля) может переходить с основной орбиты на более удаленную (неустойчивую, возбужденную орбиту). Но через некоторое время электрон испускает фотон и возвращается на основную устойчивую орбиту.

Каждой орбите электрона соответствует определённый уровень энергии. Совокупность уровней энергии образует энергетический спектр атома. Они несут информацию об атомной структуре вещества.