1)Ce tipuri de legturi se pot stabili ntre speciile de atomi, molecule sau ioni care fomeaz un corp solid Materialele sunt sisteme solide, care se definesc prin agregate de atomi (molecule sau ioni) n care forele de interaciune sunt mai importante dect agitaia termic. ntre particule (atomi, ioni, molecule) se stabilesc anumite raporturi datorit modificrii straturilor de electroni, cu formarea legturilor chimice. Legturile chimice ntre elemente se stabilesc prin interacia straturilor lor de electroni i, n funcie de diferena ntre electronegativitatea lor i valoarea electronegativitii, pot fi ionice (prin transfer de electroni), covalente (prin punerea n comun de electroni) i metalice (prin punerea n comun de electroni ntre toi atomii).

n afara acestor legturi primare, n corpurile solide se manifest legturi secundare, slabe, rezultate din atracia dipolilor existeni, legturi cunoscute ca fore Van der Waals i de asemenea legturi prin puni de hidrogen. Aceste interaciuni conduc uneori la proprieti specifice.

Diferitele tipuri de legturi care pot s se stabileasc ntre speciile de atomi, molecule sau ioni care formeaz un corp solid sunt unul din factorii care determin diversitatea cristalin i de proprieti a materialelor.

2)Explicai dispunerea atomilor, moleculelor sau ionilor ntr-un solid cristalin, solid amorf, lichid sau gaz.n solidele cristaline, n vecintatea imediat a unui atom, a unei molecule sau a unui ion se gsesc ntotdeauna entiti de acelai fel. Aceti atomi (sau molecule/ioni) sunt aranjai n spaiu n mod periodic, ceea ce corespunde unei ordini la mare distan. Orice abatere de la regula geometric de dispunere n spaiu se numete defect de reea. Suprafaa cristalului real reprezint un defect al reelei, deoarece presupune ntreruperea a jumtate din raporturile de coordinare (legare) pentru atomii suprafeei.

Starea amorf a solidelor, considerat ca o stare de dezordine ideal, este greu de realizat. Este deci mai potrivit ca toate solidele care nu prezint caracteristicile strii cristaline s fie socotite generic, solide necristaline, n interiorul acestora solidul amorf reprezentnd o stare limit, ca i cristalul ideal n categoria solidelor cristaline. Solidele deplin amorfe, cu structuri complet dezordonate, sunt greu de obinut, deoarece toate solidele prezint o tendin de ordonare i de realizare, n consecin, a unei simetrii ct mai ridicate, cu o energie liber minim, care le confer stabilitate.

ntr-un lichid sau ntr-un solid necristalin, poziiile entitilor vecine sunt corelate, dar ordinea nu se regsete la distane mari.Solidul vitros se obine prin rcirea rapid a unei topituri cu o anumit compoziie. Acesta se caracterizeaz prin ordine la mic distan (se pstreaz simetria din gruparea coordinativ la nivelul ctorva grupri) i dezordine la mare distan (fragmentele reelei sunt dispuse diferit).

n gaze, entitile sunt distribuite n mod aleator i se afl, n general, n micare rapid (se definete noiunea de drum liber mediu)3 Explicai diagrama Weyl.)

Pe baza conceptului de profil energetic, Weyl i Marboe sugereaz imagini ale strii energetice corespunztoare diferitelor grade de ordonare a substanelor solide (Fig. 5). Structurile solide necristaline, nefiind structuri de echilibru, se caracterizeaz prin profile energetice mai ridicate dect cele ale solidelor cristaline, depinznd de starea lor de dezordine.

Pentru substanele necristaline, obinute, de exemplu, prin condensarea vaporilor pe o suprafa foarte rece, profilul energetic este complet neregulat, reflectnd o stare de nalt dezordine (Fig. 5.e.). Starea limit corespunztoare cristalului ideal este dat de curba a din figura 5: n acest caz, profilul energetic corespunde unei structuri de echilibru, care tinde s se realizeze la temperaturi joase.

Formarea unor defecte de reea determin variaii ale energiei poteniale curba b din figura 5 (cristalul real). Starea energetic a cristalului real nu este aadar constant n toat reeaua, i corespunde unei valori superioare a energiei pentru cristalul ideal. n cazul unei substane din care s-a obinut sticl prin subrcirea (rcirea rapid) topiturii corespunztoare, profilul energetic este prezentat prin curba d, figura 5. Prin tratamente termice adecvate se ajunge la o stare structural reflectat printr-un nivel energetic mai sczut i prin variaii mai puin importante ale energiei poteniale de la un punct la altul n interiorul structurii (Fig. 5.c).4) Ce reprezint un solid cristalin.

Un solid cristalin este un ansamblu de atomi, de ioni sau de molecule aranjate n mod regulat n raport cu cele 3 direcii 0x, 0y,0z, constituind o reea de translaie triperiodic. Unghiurile x0y=, y0z= i z0x= sunt oarecare, deci nu neaprat egale cu 90. Nodul origine este reprezentat de punctul 0, definind triedrul 0xyz5) Definii noiunea de celul elementar. Celul elementar: paralelipiped de volum minim, cu ajutorul cruia poate fi reconstituit ntregul cristal (Fig. 2). Este blocul structural din care se construiete cristalul prin repetare pe cele 3 dimensiuni n spaiu. Este unitatea structural prin repetarea creia se obine reeaua tridimensional i se numete paralelipiped elementar sau celul elemnetar. Direciile axelor cristalografice coincid cu cele ale muchiilor celulei elementare. Interseciile liniilor constituie nodurile reelei. Nodurile reelei pot fi ocupate de atomi individuali sau n jurul lor pot fi grupai mai muli atomi.6) Definii parametrii celulei elementare.Parametrii celulei elementare sunt: lungimile a, b i c ale vectorilor necoplanari caracteristici axelor 0x, 0y i 0z, care leag originea (punctul 0) de primul atom ntlnit pe fiecare din axe.

7) Definii indicii Miller.

Pentru fixarea poziiei unui plan reticular n raport cu axele cristalografice se folosesc indicii Miller. Acetia constau dintr-un grup de trei cifre, invers proporionale cu distanele intersectate de plan pe axele de referin.

Indicii se dau ntotdeauna n aceeai ordine (adic primul n raport cu axa a, al doilea cu axa b, al treilea cu axa c) i se scriu ntre paranteze rotunde. Pentru generalizri se folosesc literele (hkl).8) Defecte punctuale. Exemple i definiii

Un solid, fie cristalin, fie amorf, nu este niciodat perfect, la nivelul de ocupare al nodurilor de reea, al modului n care este format cristalul, a strii sale de puritate, etc.- Vacane: nodurile reelei nu sunt ocupate n totalitate.

Exemplu:

o vacane de oxigen n oxidul de uraniu U3O8.

- Autointerstiiale: prezena, n poziie interstiial n raport cu nodurile reelei, a

unui anion sau cation al solidului respectiv. (b) Este un defect foarte des ntlnit n solidele ionice, pentru c multe dintre acestea au disponibile poziii interstiiale relativ mari. De cele mai multe ori, poziiile interstiiale au aceeai imagine de vecintate ca i nodurile reelei.

Exemplu:

o Atomul de zinc n Zn1+xO.

o n BeO atomii ocup numai juumtate din nodurile tetraedrice disponibile. n consecin, ntr-o celul elementar se gsesc 4 poziii interstiiale libere. De asemenea, un atom de Be poate s se deplaseze dintr-un nod ntr-o poziie interstiial, far a distorsiona reeaua cristalin. - Atomi strini n interstiii : prezena, n poziie interstiial, a unui atom sau ion

strin (cu raz atomic sau ionic mai mic dect razele atomilor din reeaua gazd) (c) - Atomi strini n substituie : un atom sau un ion strin ocup un nod de reea n locul unui atom sau al unui ion care constituie reeaua respectiv (particul strin cu raz atomic sau ionic mai mic sau mai mare (d) dect cea a atomului sau ionului nlocuit).

Dac particula strin are o valen diferit de cea a atomului sau ionului inlocuit, se pot creea vacane sau electroni liberi.

Exemplu:

o n NaCl un cation monovalent cum ar fi Li poate nlocui Na. Dac un cation bivalent, cum ar fi Ca, nlocuiete Na, acest proces trebuie s fie insoit de o vacani cationic, sau de un interstiial anionic, pentru a pstra electroneutralitatea.

- Defect Frenkel : o pereche vacan interstiial (un anion sau un cation prsete nodul reelei, care devine astfel o vacan, i se plaseaz ntr-un interstiiu). (e) - Defect Schottky : o pereche de vacane cationice si anionice format prin migrarea unui cation i a unui anion la suprafaa reelei. (f) Vacanele i interstiialii sunt deseori denumii defecte termice . De fapt, creterea temperaturii, poate provoca :

-Fie plecarea unui atom sau a unui ion din poziia sa normal pentru a se poziiona ntr-un interstiiu : defect Frenkel .

- Fie migrarea unui atom sau a unui ion din poziia sa normal ctre suprafaa cristalului, lsnd n spatele su o poziie vacant : defect Schottky .

- Centre colorate (centre F, centre V, etc.,) sunt formate prin reinerea electronilor sau vacanelor n defectele de reea. Prezena lor provoac colorarea cristalelor, transparente n mod normal, i modificri n spectrul de adsorbie optic.

Exemplu: cazul halogenurilor alcaline

o Centru F: rezultatul reinerii unui electron n vacana unui ion de clor Cl 9) Defecte liniare. Exemple i definiii

Rezult din prezena unui plan cristalografic incomplet n reeaua cristalin (dislocaie negativ) sau a unui semiplan suplimentar (dislocaie pozitiv) (figura 6). Alunecarea uoar sub efectul unor constrngeri mecanice slabe explic ductilitatea (deformarea plastic) a materialului (n speciale pentru metale).

n imediata vecintate a dislocaiei, reeaua este foarte deformat. Partea superioar a reelei, n care este planul suplimentar de particule, va fi n compresie, iar partea inferioar va fi n stadiu de decompresie. n consecin, dislocaia este nconjurat de un cmp de tensiuni, care poate compensa eforturile mecanice exterioare, aplicate n direcie opus.Apariia unei dislocaii marginale ntr-o reea cristalin poate fi foarte uor explicat prin procesele de alunecare a unei poriuni din reea pe planul de glisare (planul pe care se termin dislocaia), urmare a constrngerilor la care cristalul este supus n procesele de cristalizare.

La aplicarea unui efort de torsiune, dislocaia se deplaseaz n reea, provocnd o deformare permanentDislocaiile se pot deplasa ntr-o reea, dac exist o micare de vacane sau de atomi .

n aceast caz, dislocaia mai degrab se va mri sau se va micora, dect s se deplaseze.

n timpul migrrii, dislocaiile interacioneaz, provocnd apariia altor defecte, care pot conduce la apariia unei aglomerri de defecte n anumite zone ale reelei. Acest fenomen va afecta sensibil rezistena mecanic a corpurilor solide.

Mobilitatea dislocaiilor este favorizat de tensiunile locale.

Prezena impuritilor n apropierea unei dislocaii poate impiedica propagarea acesteia. Cteodat, se introduc voit impuriti, pentru a se imbunti proprietile mecanice ale solidelor.

2) Dislocaii elicoidale Rezult prin glisarea plan pe plan ntr-o zon a cristalului. Este caracterizat prin vectorul de alunecare Burger . Prezena acestui tip de defect are o inciden important asupra nivelului de reactivitate chimic a materialului, cci constituie un potenial germene sau o poziie preferenial n procesul de germinare, de cristalizare sau de dizolvare.Dislocaiile pot fi observate cu ajutorul microscopului electronic de baleaj (figura 10). Nu se observa dislocaii n linii drepte, ci cu forme complicate. Sunt n general mixte (marginale i elicoidale).

10) Defecte de suprafa. Exemple i definiii.

1. Suprafee libere = interfaa ntre solide i gaze

Aranjarea atomilor pe suprafaa liber difer sensibil fa de structura interioar, deoarece nu au vecinti ntr-o direcie. n general, structura cristalin este aceeai, dar parametrul de reea este mult mai mare.

Suprafaa liber este caracterizat printr-o anumit energie superficial, echivalent cu energia necesar unui atom s se deplaseze ctre suprafa, ntrerupnd anumite raporturi de coordinare. Energia superficial variaz ntre 10-1 i 1 J/m2, putnd fi mult mai mare pentru un solid cu legaturi chimice puternice.

Energia superficial poate fi modificat prin adsorbia atomilor din atmosfer, ceea ce va modifica proprietile solidului (cum ar fi emisia de electroni, viteza de evaporare sau a reaciilor chimice).

2. Limite ntre grunii cristalini Sunt imperfeciuni la nivel bidimensional, care pot fi reprezentate ca o aglomerare de dislocaii marginale. Separ domenii cristaline cu orientri diferite (figura 11).

Reactivitatea materialului este mult mai mare la limitele ntre grunii cristalini, cum atest atacurile selective la acest nivel. Limitele ntre grunii cristalini sunt cu precdere locul unde impuritile se vor concentra. Sunt totodat ntr-un echilibru instabil i au tendina de a disprea odat cu creterea grunilor. Se pot deplasa la temperatur ridicat sub aciunea unei fore suficient de mari.Limitele ntre gruni sunt caracterizate printr-o energie de interfa, cauzat de perturbarea aranjamentului reelei cristaline. Este mai sczut dect energia superficial, deoarece n acest caz nu sunt intrerupte toate raporturile de coordinare.

Limite la unghiuri mari (figura 12)

Exist trei tipuri de structuri :

dou cristale care au structura perfect pn la limita dintre ele;

ntre cele dou cristale exist o zon de tranziie, cu o simetrie intermediar;

ntre cele dou cristale exist o zon de trecere, cu distribuie dezordonat, formnd un liant amorf.

3. Limite de faz O faz este o zon omogen, distinct din punct de vedere fizic, separabil, prin metode mecanice, de un material cu compoziie chimic i structur date.

Materialele compozite reprezint o categorie important de materiale polifazale.

Diferena structural ntre cele dou faze n contact este determinant pentru proprietile de la interfa.

Astfel, limitele pot fi (figura 14) :

Limite coerente = diferena de structur este mic, la interfa anumite raporturi de coordinare nu sunt intrerupte (a);

Limite necoerente = diferena de structur este mare, la interfa exist o concentraie major de defecte (c);

Limite intermediare = cu caracteristici plasate ntre primele dou cazuri (b).

11) Defecte de structur. Exemple i definiii.

1. Defecte de mpachetare Corespunde unei perturbri determinate de mpachetarea planelor atomice.

De exemplu, ntr-un solid cu sistem de cristalizare cubic centrat, ordinea normal de mpachetare este :

ABC ABC ABC Defectele de mpachetare sunt :

fie nlturarea unui plan A, ceea ce conduce la :

ABC BC ABC fie prezena unui plan suplimentar A, ntre planele B si C :

ABAC ABC ABC Fenomenele aa-numite de interstratificare, observate de exemplu n cazul filosilicailor (minerale argiloase), sunt similare celor din cazul defectelor de mpachetare, dar de aceast dat se refer la pachete de plane elementare. Se gsesc deasemenea interstratificri ilit montmorilonit, planele primului mineral se intercaleaz mai mult sau mai puin aleatoriu cu planele celui de-al doilea mineral.2. Defecte de orientare Suprapunerea perfect a planurilor elementare (a) poate fi sensibil modificat conducnd la o dezordine de translaie (b) sau la o dezordine turbostatic (c) sau la cele dou simultan. Este de exemplu cazul solidelor bidimensionale cum ar fi filosilicaii.3. Macle Anumite cristale sunt constituite din dou pri mbinate, care au structuri identice i o orientare definit. Regiunea maclat este simetric cu regiunea nemaclat n raport cu planul de macl (figura 16).

Maclele se formeaz la creterea reelei cristaline prin aciunea constrngerilor datorate contraciilor solidului n procesul de rcire (macle termice) sau prin constrngerea datorat unei sarcini mecanice (oc mecanic) n urma unei ncercri mecanice de traciune.12) Definii lianii hidraulici i aerieni.

Lianti aerieni:

-pe baza de CaSO4-pe baza de CaSO4.0.5H2O ex ipsosuri)

-pe baza de CaSO4 ciment de anhidrit

-pe baza de CaO ex:var

Lianti hidraulici:

-Unitari ex:ciment Portland,Ciment aluminos

-Mixte/Compozite: -pe baza de PC(ex:cu adaosuri de zgura,cenusa de termocentrala,calcar etc)

-pe baza de CA (ex:cimenturi expansive)

-pe baza de var(ex:cu adaosuri de zgura,cenusa de termocentrala)

13) Clasificai lianii anorganici

Clasificare:

1. Condiiile de ntrire (aerieni i

hidraulici)

2. Condiii de ardere (neclincherizai i

clincherizai)

3. Compoziie unitari, micti i de tip

Compozit14) Ce reprezint clincherul i cimentul Portland.

Clincher: Produs obinut la fabricarea cimenturilor prin nclzirea materiei prime pn aproape de temperatura de vitrifiere i prin transformarea ei ntr-o mas compact i durCimentul Portland este un liant de origine mineral. ntrirea prin reacie chimic cu apa determin i definiia de liant hidraulic.15) Care sunt principalele faze mineralogice ale clincherului Portland? Descriei faza alitic

Principalele faze mineralogice sunt:

-faza alitica,faza belitica,celitica,C3A si faza vitroasa

FAZA ALITICA:

3 CaOSiO2 - C3S (>50%)

Compoziia mineralogica reala a alitului depinde de:

Compozitia amestecului brut

Conditiile de ardere

C3S

Comp.

incongruent

C2S +CaO < 1250oC rezultaC3S> 2150oC rezulta topitura

16)FAZA BELITICA 2CaOSiO2 C2S

17_FAZA CELITICA Faza interstitiala

ss feritaluminatice de calciu

Compozitie ss:

C8A3F-C6A2F-C4AF-C2F

Alti oxizi - Cr, Mn, Ti, Si, K, Mg (max.10%)

Reactivitate redusa fata de apa

C ( %)18)FAZA VITROASA SI COMPUSII MINORI

4. C3A i faza vitroas

C3A pana la 13%)

SS cu FeO, SiO2, K2O si Na2O

reactivitate mare fata de apa

5. Compusi minori:

C A Faza vitroasa (fv)(pana la 20%)

topitura necristalizata

C12A7,

CaO (