Crystal structures of ceramics

Tonya Coffey

16 Jun 201719:25

Summary

TLDRتتناول هذه المحاضرة بنية وخصائص السيراميك، مع التركيز على المواد التقليدية مثل الصين والبورسلين والطوب والزجاج، إلى جانب مواد أكثر تقدمًا مثل المواد النانوية ومواد الكربون. يشرح المحاضر كيفية تغير الخواص الفيزيائية للسيراميك عند تعرضه للحرارة، كما يناقش الروابط الأيونية وكيفية تحديد البنية البلورية للسيراميك بناءً على حجم الأيونات والشحنة. تتطرق المحاضرة أيضًا إلى تأثير الهجينة في الروابط وتغيير الهياكل البلورية المعقدة، بالإضافة إلى كيفية حساب الكثافة النظرية للسيراميك باستخدام القيم الحسابية لأطوال الوحدات الخلوية.

Takeaways

😀 سيراميك هو مادة تأتي من الكلمة اليونانية 'كيراموس' وتعني 'الأشياء المحروقة'، وهي تشير إلى الطريقة التقليدية لصناعة السيراميك عن طريق حرق الطين.
😀 معظم الروابط في السيراميك هي روابط أيونية، على الرغم من وجود بعض السيراميك مثل الكربون والسيليكون الذي له طابع تساهمي أكبر.
😀 السيراميك يشمل الآن مجموعة متنوعة من المواد بما في ذلك المواد المتقدمة مثل المواد النانوية والكربون.
😀 الهيكل البلوري للسيراميك يتأثر بنسبة أحجام الأيونات الموجبة والسالبة، حيث تؤدي هذه النسبة إلى استقرار البناء البلوري.
😀 لضمان الاستقرار، يجب أن يكون هناك توازن في الشحنات داخل كل خلية وحدة بلورية، مما يؤثر على بنية السيراميك.
😀 يمكن استخدام النسب المختلفة بين الكاتيونات والأنيونات لتحديد نوع البنية البلورية، مثل الهيكل الثماني السطوح أو الهيكل المكعب.
😀 يحدث التهجين في الروابط التساهمية في السيراميك، مما يساهم في تشكيل المدارات التي تحدد شكل واتجاه الروابط.
😀 من الضروري الحفاظ على حيادية الشحنة في الصيغة الكيميائية، مما يؤثر على تكوين البلورات في السيراميك.
😀 يمكن حساب الكثافة النظرية للسيراميك باستخدام معادلة تتضمن عدد وحدات الصيغة في كل خلية ووحدة حجم الخلية.
😀 يتم تحديد التنسيق المكاني للمركبات السيراميكية اعتمادًا على ترتيب الأيونات الموجبة والسالبة حول بعضها البعض، مما يحدد البنية البلورية النهائية.

Q & A

ما هي المواد التي تشكل الخزف التقليدي؟
-الخزف التقليدي يشمل مواد مثل الصين، البورسلين، الطوب، البلاط، والزجاج. ومع مرور الوقت، أصبح هناك فهم أكبر للمواد الحديثة التي تنتمي إلى هذه الفئة مثل المواد الكربونية والنانوية.
ما هي الخصائص التي تجعل الأنيونات أكبر من الكاتيونات في الخزف؟
-الأنيونات أكبر من الكاتيونات لأن الكاتيونات، عند فقدانها للإلكترونات، يصبح لديها نواة موجبة أكثر قوة مما يؤدي إلى تقليص حجمها، بينما الأنيونات تكتسب الإلكترونات مما يوسع حجمها.
كيف يؤثر فرق الحجم بين الكاتيونات والأنيونات على بنية الخزف؟
-فرق الحجم بين الكاتيونات والأنيونات يؤثر في التكوين البلوري للخزف. عندما يكون هناك فرق كبير في الحجم، تتشكل هياكل بلورية مستقرة تكون فيها الأنيونات أكبر من الكاتيونات.
ما هو الرقم التنسيقي في الخزف وكيف يؤثر على بنية المادة؟
-الرقم التنسيقي هو عدد الجيران الأقرب للذرة. إذا كان هناك فرق كبير في حجم الكاتيونات والأنيونات، يزيد الرقم التنسيقي مما يؤدي إلى تغيير في الهندسة البلورية للمادة.
ما هي الهياكل البلورية الأكثر شيوعًا في الخزف؟
-الهياكل البلورية الأكثر شيوعًا في الخزف هي الهيكل رباعي الوجوه، هيكل الأوكتاهيدرال، والهيكل المكعب.
كيف يمكن تحديد التكوين البلوري للمادة بناءً على نسبة الأيونات؟
-يمكن تحديد التكوين البلوري باستخدام نسبة نصف قطر الكاتيون إلى الأنيون. كلما زادت هذه النسبة، يتغير الشكل الهندسي للمادة من مثلثي إلى رباعي الوجوه أو مكعب.
ما هي تأثيرات التهجين المداري على بنية الخزف؟
-التهجين المداري يؤثر على الخواص البلورية للخزف عن طريق تحديد الاتجاهات التي تشغلها الذرات داخل البلورة. يحدث هذا فقط في الروابط التساهمية.
كيف تؤثر التراكيب المعقدة على بنية الخزف؟
-التراكيب المعقدة تحتوي على أكثر من مكون واحد، مما يؤدي إلى تكوين هياكل بلورية معقدة، مثل الهياكل المكعبة أو التي تحتوي على توزيع غير متماثل للأيونات.
ما هي العلاقة بين الهيكل البلوري والخصائص الفيزيائية للخزف؟
-الهيكل البلوري يؤثر بشكل كبير على الخصائص الفيزيائية مثل الكثافة والصلابة، حيث أن التوزيع المنتظم للذرات يساهم في استقرار الخواص الفيزيائية.
كيف يمكن حساب الكثافة النظرية للخزف؟
-لحساب الكثافة النظرية، يتم ضرب عدد وحدات الصيغة في الوزن الذري للكاتيونات والأنيونات، ثم قسمته على حجم الوحدة الخلوية وعدد أفوغادرو.