Medžiagų mokslas. Teorija egzaminui

2. Medžiagų klasifikavimas pagal būsenas, sandarą, kilmę ir praktinį naudojimą 2.1. Medžiagos būvio ir sandaros samprata Medžiaga - materijos forma, turinti rimties masę. Susideda iš elementariųjų dalelių (elektronų, protonų, neutronų), kurių rimties masė nelygi nuliui. Žemės sąlygomis yra keturios medžiagos būsenos: dujinė, skystoji, kietoji ir plazminė. Fizikoje bet kuris mikroobjektas laikomas dvejopos - korpuskulinės ir banginės prigimties. Elektronai sudaro atomų elektroninius sluoksnius, iš kurių išsilaisvina, gavę pakankamai energijos. Kad išlėktų iš medžiagos, elektronai turi atlikti darbą, nugalėti elektrostatines jėgas, siejančias juos su kristaline gardele. To darbo mastas priklauso nuo medžiagos cheminės prigimties, paviršiaus būsenos (užterštumo, drėgnumo). Išsilaisvinę valentiniai elektronai sudaro medžiagoje elektronines dujas. Dėl gebėjimo laisvai judėti tokie elektronai vadinami laisvaisiais. Nuo jų priklauso medžiagos elektrinis laidumas, juos galima valdyti elektriniu ir magnetiniu lauku. Šitai panaudojama elektroniniuose mikroskopuose ar taikant kitus medžiagų tyrimo būdus. 2.2. Medžiagų klasifikacija pagal būsenas ir sandarą Medžiagos būsenos sąsają su aplinka nusako fizikiniai dydžiai, iš kurių svarbiausieji yra temperatūra (T), entropija (S), slėgis (p), tūris (V). Būsenos parametrai skirstomi į intensyviuosius ir ekstensyviuosius. Pirmieji, pavyzdžiui, T, p, nepriklauso nuo sistemos masės M arba dalelių skaičiaus N, o antrųjų, pavyzdžiui, S, V, vertės proporcingos M arba N. Aplinkos kūnų padėties, išorinių laukų lemiami būsenos parametrai vadinami išoriniais, pavyzdžiui, V, laukų stiprumas. Jei išoriniai būsenos parametrai nekinta, pačią sistemą nusakantys parametrai vadinami vidiniais, pavyzdžiui, slėgis p, vidinė energija E. Būsenos parametrai, kurių rinkinys būtinas ir pakankamas sistemos būsenai įvertinti, vadinami nepriklausomaisiais, o jų kiekis kiekvienai sistemai nustatomas empiriškai (vienalyčių dujų arba skysčio pusiausvyros būseną nusako du parametrai, pavyzdžiui, V ir p). Termodinaminės pusiausvyros atveju būsenos parametrus sieja atitinkamos priklausomybės. Būsenos lygtis sieja sistemos vidinį būsenos parametrą su išoriniais parametrais ir esant T termodinaminei pusiausvyrai. Jei vidinis parametras yra vidinė energija E, tai lygtis vadinama kobrine, kitu atveju -termine. Kolorinė lygtis išreiškia sistemos reakciją į šiluminius poveikius, o terminė - į išorinių parametrų kitimus. Kolorinės lygties pavyzdys yra idealiųjų vienatomių dujų energijos išraiška. E = 3/2 vRT, (2.1) čia v - molių skičius, R - universaliųjų dujų kostanta. Terminės lygties pavyzdys yra vienalyčių dujų tūrio V, slėgio ir temperatūros T sąsaja: Klapeirono lygtis, atitinkanti idealiųjų dujų būseną pV = vRT, ir van der Valso lygtis realiųjų dujų būseną: (p + av/V2)(V-vb)=vRT, (2.2) čia a, b - nuo dujų prigimties priklausančios konstantos, atsižvelgiant į molekulių sąveiką ir jų pačių tūrį. Kokybinės išvados gaunamos šią lygtį taikant ir skysčiams. 2.2.1. Dujinė būsena Tai medžiagos agregatinė būsena, kuriai būdinga tai, kad molekulių sąveikos energija yra mažesnė už jų kinetinę energiją. Dujų molekulės juda greičiais, pakankamais nugalėti tarpusavio traukos jėgas. Kai nėra išorinio lauko, dujinės būsenos medžiagos užpildo visą indo tūrį. Į indo sieneles nuolat atsimuša netvarkingai judančios molekulės. Dėl šių smūgių dujinė medžiaga nuolat slegia indo sieneles. Molekulės juda skirtingais greičiais. Kuo aukštesnė aplinkos temperatūra, tuo didesnis jų vidutinis greitis. Dujinės būsenos medžiagos molekulės, judėdamos netvarkingai, susiduria ne tik su indo sienelėmis, bet ir tarpusavyje. Kuo didesnis slėgis, tuo mažiau molekulės susiduria, tuo mažesnis jų vidutinis laisvojo kelio ilgis. Dujinės būsenos medžiagą apibūdina slėgis, tūris ir temperatūra. Šių parametrų sąsajos pobūdis priklauso nuo molekulių tarpusavio sąveikos ir judėjimo. Dujinės medžiagos būsena, kai molekulių tarpusavio sąveika esant tam tikram slėgiui ir temperatūrai labai maža, yra vadinama idealiųjų dujų būsena. Jei dujinės medžiagos temperatūra mažesnė už kritinę, slegiama medžiaga virsta skysčiu. Daugiaatomės dujinės medžiagos molekulės ne tik tiesiogiai juda chaotiškai, bet dar ir sukasi, o jas sudarantys atomai virpa. Didėjant temperatūrai, molekulių judėjimas dar sudėtingesnis, todėl dujinės medžiagos šiluminė talpa padidėja. Kai temperatūra pakyla iki kelių tūkstančių laipsnių, molekulės pradeda jonizuotis; atsiranda papildomos sąveikos jėgų: dujinė medžiaga virsta plazma. Dujinių medžiagų kiekybinė ir kokybinė sudėties analizė atliekama cheminiais, fizikiniais-cheminiais ir fizikiniais metodais. Statybinėse medžiagose dujinė fazė dažnai esti iš oro, vandens garų arba kokių nors dujų (vandenilio dujų - betonuose, vandenilio ir kt.) arba šių dujų mišinių. Praktikoje svarbu nustatyti, kad esama (pavyzdžiui, akytuosiuose betonuose) šios fazės, jos susidarymo priežastis ir reikšmę medžiagų savybėms. Dujinė fazė į medžiagą patenka įdėjus specialių priedų arba technologinio proceso metu. Dujų gali būti ištirpusių skysčiuose; pakilus temperatūrai arba sumažėjus slėgiui, jos sudaro medžiagoje akutes. Kietosios fazės įdubose, plyšiuose dujinė medžiaga gali būti prilipusi paviršiuje solvatinių plėvelių pavidalu. Tai, kad statybinėje medžiagoje yra dujinės fazės, gali turėti ir teigiamos, ir neigiamos įtakos. Naudinga tada, kai norima gauti akytosios struktūros arba nelabai akytas, mažesnio tankio, mažiau laidžias šilumai medžiagas. Dujinės fazės kiekis medžiagoje kinta priklausomai nuo aplinkos sąlygų. Dujinės fazės tūris gali padidėti vandeniui išgaravus į aplinką. Šiuo atveju džiūdama medžiaga gali susitraukti. Dėl susitraukimo deformacijų keičiasi medžiagos išoriniai matmenys. Priklausomai nuo medžiagą supančios aplinkos santykinio drėgnio ir temperatūros kitimo, kad medžiagoje nusistovėtų termodinaminė pusiausvyra, vyksta masės kaita. Kintant medžiagos drėgniui, atitinkamai keičiasi joje dujinės fazės kiekis. 2.2.2. Skystoji fazinė būsena Skystis yra skystosios agregatinės būsenos medžiaga. Pagal daugelį fizikinių savybių skysčiai yra tarpininkai tarp kietųjų kūnų ir dujų. Kai kietojo kūno temperatūra artima lydymosi temperatūrai, daugelis tos medžiagos savybių yra artimos skysčio savybėms: skystis, kaip ir kietosios būsenos medžiaga, turi laisvąjį paviršių, jam būdinga tūrinis tamprumas ir mažas spūdumas; daugelio skysčių tankis tik apie 10 % mažesnis negu tos pačios kietosios medžiagos. Labai pažeminus temperatūrą, skystis virsta kietuoju kūnu. Tačiau, keliant temperatūrą, skysčio savybės vis labiau skiriasi nuo kietojo kūno savybių. Gana aukštose temperatūrose skysčio molekulės esti išsidėsčiusios chaotiškiau ir primena dujų molekulių chaotiškumą. Krizinė temperatūra yra aukščiausia temperatūra, kurioje medžiaga dar gali būti skysta. Pagal fizikines savybes skysčiai skirstomi į paprastuosius skysčius, skystuosius kristalus ir kvantinius skysčius. Paprastaisiais vadinami tokie skysčiai, kurie makroskopiniu požiūriu yra vienalyčiai ir, neveikiant išoriniams poveikiams, izotropiški. Dauguma skysčių yra paprastieji. Jų molekulinė struktūra artima amorfinių kūnų struktūrai, nes kiekvieną molekulę vienoda tvarka supa vienodas kiekis gretimų molekulių, t. y. išlieka artimoji tvarka. Skystoji fazė būna tik esant tam tikrai temperatūrai ir slėgiui. Aukščiausioji temperatūra Tk, kol dar esant tam tikram slėgiui egzistuoja skystis, vadinama kritine temperatūra, o atitinkamas slėgis pk - kritiniu slėgiu. Tk ir pk nusako skysčių kritinį tašką, kai skysčio ir dujų savybės yra tapačios. Kai kurioms organinėms medžiagoms būdinga ir skysčių savybė takumas, ir kristalų molekulių išsidėstymo tvarka bei tam tikrų fizikinių savybių anizotropiškumas. Tokios medžiagos vadinamos skystaisiais kristalais. Šių medžiagų molekulės yra pailgos, o jų ašys apibrėžtoje skysčio srityje, vadinamoje domenu, savaime apytiksliai orientuojasi lygiagrečiai viena su kita ir sudaro savitą taisyklingą struktūrą. Domenai paprastai vienas kito atžvilgiu orientuojasi chaotiškai. Tai primena polikristalų orientavimąsi. Domenų tiesiniai matmenys 10-1—10-2 mm eilės. Išlydžius šių organinių medžiagų kietuosius kristalus, gaunami skystieji kristalai. Dar labiau keliant temperatūrą, skystasis kristalas pagaliau virsta paprastuoju skysčiu. Skystiesiems monokristalams (orientuotiesiems domenams) būdinga tampriųjų, magnetinių, dielektrinių ir kitų fizikinių savybių anizotropiškumas. Skysčiai, kurių savybes lemia kvantiniai efektai, vadinami kvantiniais skysčiais. Pagal klasikinę fiziką absoliučiojo nulio temperatūroje visos medžiagos turėtų būti kietosios būsenos. Tačiau kaip rodo bandymai, helio izotopai 3He ir 4He esant normaliajam slėgiui net kai temperatūra artima absoliučiajam nuliui, yra skysti. Pagal kvantinę mechaniką skystį ir kietąjį kūną sudarančios dalelės virpa net absoliučiojo nulio temperatūroje. Tokie virpesiai vadinami nuliniais. Jų amplitudė tuo didesnė, kuo mažesnė dalelių masė ir tarpusavio sąveikos energija. Kai ši amplitudė yra tos pačios eilės kaip vidutinis nuotolis tarp medžiagos dalelių, tada medžiaga ir absoliučiojo nulio temperatūroje yra skysta. Šią sąlygą atitinka tik. skystasis helis, t. y. esant normaliajam slėgiui helis visuomet yra tik skystas. Visų skysčių bendrosios savybės yra takumas, paviršiaus įtemptumas. Kai išorinė jėga veikia skystį laiko tarpą, ilgesnį nei tarpsnis tarp dviejų molekulės šuoliukų, tada molekulių diskretieji poslinkiai dominuoja ta kryptimi, kuria veikia jėga, t. y. skystis teka. Todėl gravitacinės jėgos veikiamos teka upes. Kadangi skysčio molekulės yra arti vienos kitų, tai tarp jų veikia gana didelės molekulinės jėgos. Didėjant atstumui, molekulinės jėgos sparčiai mažėja. Skystųjų medžiagų molekulė iš visų pusių vidutiniškai apsupta vienodai, ir ją veikianti kitų molekulių atstojamoji jėga lygi nuliui, o kiekvieną paviršinio sluoksnio molekulę veikiančios jėgos viena kitos neatsveria: šių jėgų atstojamoji statmena paviršiui ir nukreipta į skystį. Kaip žinoma, kiekvieno kūno pastoviąją būseną lemia minimali potencinė energija, todėl skysčio laisvajame paviršiuje veikia paviršiui lygiagrečios jėgos, kurios sumažina to paviršiaus plotą, taip pat ir paviršinę energiją. Šios jėgos vadinamos įtempimo jėgomis. Su skysčio paviršine energija bei paviršiaus įtempimo jėgomis susiję reiškiniai vadinami paviršiniais. Šiuos reiškinius galima stebėti ir kietųjų kūnų paviršiuje. Tai drėkinimas, kapiliariniai reiškiniai, adsorbcija ir kt. Skystis - vanduo statybinių medžiagų technologijoje yra pagrindinis universalus komponentas; geras cheminis reagentas, tirpiklis, hidratacijos ir hidrolizės produktas. Vanduo yra technologinių procesų energijos nešiklis, šilumnešis. Todėl šiame skyriuje kaip skysčio - technologinio proceso komponento, nagrinėjamos vandens savybės ir panaudojimas. Skystoji fazė dažniausiai esti vanduo. Jis jau gana plačiai ištyrinėtas, tačiau mišinyje su įvairiomis cheminėmis medžiagomis ir įvairiose temperatūrose esti skirtingų būsenų. Medžiagų mokslo tikslas - susipažinti su įvairiais statybinių medžiagų komponentais. Todėl reikia suvokti vandens sąveiką sudėtinėse sistemose, nustatyti jo būseną ir sąsają su sistemos komponentais. Vanduo struktūros neturi, tačiau yra nustatyta, kad skirtingose temperatūrose susidaro tam tikri vandens molekulių sambūriai-flokulai. Molekulės pradeda jungtis į flokulus kai vandens temperatūra yra žemesnė kaip 100 °C. Vandenilio atomai esti lyg tilteliai, ir molekulės grupuojasi po 2-4 ir t.t. Kai temperatūra 70 °C, flokulai susidaro maždaug iš 25 molekulių, kai 20 °C - iš 90 molekulių, o kai 0 °C - iš 100 molekulių. Žemėjant temperatūrai, didėja vandens dinamine klampa: esant 100 °C - μ. = 0,2838; esant 20 °C - μ = 1,005, o esant 0 °C - μ =1,792 mPas. Mišinyje vanduo padengia kietąsias daleles plonu sluoksniu ir sujungia į vientisą sistemą, pradeda veikti sukibimo jėgos, atsiranda paviršiniai vandens įtempimai. Dėl paviršinių įtempimų susidaro kapiliarai ir oro pilnos akutės. Vanduo dalyvauja cheminėse reakcijose bei su kitomis medžiagomis sudaro koloidinius ir kietuosius junginius. Medžiagose esantis vanduo esti technologinis, gruntinis, atmosferinis, kondensuotasis ir garo. Technologinis - tai vanduo, patenkantis į medžiagą ją gaminant. Vėliau dalis vandens išgaruoja, o likęs nusistovi kaip medžiagos drėgmė, dažnai vadinama normaliąja drėgme. Gruntinis vanduo - tai vanduo, kuris į medžiagą patenka dėl jos sąlyčio su gruntu ir medžiagos kapiliarais užpildo sistemoje esančias akutes. Kondensuotasis vanduo susidaro vandens garams kondensuojantis iš aplinkos oro. Garų pavidalo vanduo ore yra absoliučiai prisotintas drėgmės. Absoliutusis oro drėgnumas gali būti išreiškiamas vandens garų parcialiniu (daliniu) slėgiu. Mišinio vandens garų parcialinis slėgis - tai slėgis, kuriuo veiktų garas, jei tik jis vienas užimtų visą mišinio tūrį. Vandens garų slėgis matuojamas paskaliais. Vandens garai skiriasi nuo idealiųjų dujų (idealiosiomis vadinamos dujos, kurių molekulės nesąveikauja). Didžiausias vandens garų parcialinis slėgis esant tam tikrai temperatūrai ir atmosferos slėgiui, kuris jokiomis sąlygomis negali būti didesnis. Ši ribinė reikšmė vadinama sočiųjų vandens garų slėgiu. Prisotintų vandens garų slėgis ir tankis didėja kylant temperatūrai. Parcialinis slėgis dar vadinamas vandens garų stangrumu (e). Vandens garų stangrumu išreiškiama oro drėgnumo laisvoji energija. Vandens garų stangrumas e yra vandens garų ore energetinio potencialo matas. Sumažėjus aplinkos temperatūrai, sočiųjų garų slėgis taip pat sumažėja, atitinkamai sumažėja ir sočiųjų garų tankis. Susidaręs vandens garų perteklius virsta vandeniu. Vandens garų virtimas žemesnėje temperatūroje vadeniu vadinamas kondensacija. Kondensacija vyksta medžiagos paviršiuje arba jos viduje. Kondensuojantis išlaisvinama šiluma, lygi garo susidarymo šilumai (627 W.h/kg), Įšildančiai medžiagą. Kondensato kiekis didėja tol, kol nusistovi pusiausvyra (vandens garų ir sočiųjų garų slėgiai lygūs), tada kondensacijos procesas nutrūksta. Arti medžiagos paviršiaus garų tankis pasidaro lygus sočiųjų garų tankiui (φ = 100 %). Jų paviršiaus temperatūra vadinama rasos tašku bei žymima τ. Vandens garų molekulės visada tolygiai pasiskirsto po visą medžiagos tūrį. Jos juda iš tankesnės srities į mažesnio tankio sritį. Jei judėjimo kelyje sutinkama garui laidi kliūtis, tai vandens garų molekulės pro ją praeina. Šis procesas vadinamas vandens garų difuzija. Jis trunka tol, kol vandens garų tankis, arba parcialinis slėgis, abiejose kliūties pusėse susilygina. Kai difuzinis procesas medžiagoje nusistovi, vandens garų, einančių pro medžiagą, kiekį, galima apskaičiuoti taikant fizikines formules. Tai yra dėsningumas. Statybinių medžiagų gamybos technologiniuose procesuose dažnai susiduriama su sočiuoju ir perkaitintuoju garu. Jei vanduo ar bet kuris kitas skystis garinamas uždarame inde, tai iššokusios molekulės sudaro garą, kuris užpildo ertmę virš skysčio. Kai kurios iš jų susiduria su skysčiu ir grįžta atgal į jį. Toliau garinant ir iššokančių, ir grįžtančių molekulių daugėja. Kai išgaruojančių molekulių skaičius tampa lygus susikondensuojančių molekulių skaičiui - garavimo greitis tampa lygus kondensacijos greičiui. Tokiomis sąlygomis sistema esti dinamiškai pusiausvira, o virš skysčio esančių molekulių skaičius didžiausias. Garas, kuris yra dinamiškai pusiausviras su skysčiu, iš kurio jis susidarė, vadinamas sočiuoju. Sočiojo garo temperatūra priklauso nuo slėgio: kuo slėgis aukštesnis, tuo ji didesnė. Sausuoju sočiuoju garu vadinamas garas, gaunamas išgaravus visam skysčiui. Šio garo būsenai apibūdinti pakanka vieno parametro - slėgio arba temperatūros. Technikoje garą, kuris liečiasi su skvsčiu, iš kurio susidarė, priimta vadinti drėgnuoju sočiuoju garu. Jei, nekeisdami slėgio, kaitinsime sausąjį sotųjį garą, gausime perkaitintąjį garą. Tai garas, kurio temperatūra yra aukštesnė už to paties slėgio sausojo sočiojo garo temperatūrą. Aušinamas sausasis sotusis garas kondensuojasi. Aušinamas perkaitintasis garas iš pradžių nesikondensuoja, tik žemėja jo temperatūra. 2.2.3. Kietojo kūno būsena Kietasis kūnas - medžiagos agregatinė būsena, kuriai normaliosiomis sąlygomis būdinga patvari forma. Mikroskopinės kietojo kūno dalelės (atomai, jonai, molekulės) mažai virpa aplink pastovias, jų sąveikos nulemtas pusiausvirąsias padėtis. Jei vienodos atomų grupės išsidėsčiusios tvarkingai (pasikartoja periodiškai), kietasis kūnas yra kristalinis, jei jos išsidėsčiusios netvarkingai - amorfinis. Kietojo kūno ryšiai įvertinami mechaninėmis savybėmis (stiprumu, kietumu, skalumu, tamprumu), kurias lemia nuo atomų (molekulių) elektroninės struktūros priklausanti tarpatominė sąveika. Kietojo kūno šilumines savybes (šiluminį laidumą, plėtimąsi, talpą) lemia atomų virpesių aplink pusiausviros padėtis ypatumai. Be atomų virpesių aplink pusiausvirąsias padėtis, dar galimi lėti kietojo kūno atomų pernašos procesai (difuzija). Kylant temperatūrai, kietojo kūno atomų virpesių amplitudė didėja, todėl temperatūrai pakankamai pakilus, kietieji kūnai lydosi arba sublimuojasi (virsta skysčiu ar garais). Kristaliniai kūnai tam tikroje temperatūroje, kuri priklauso nuo atomų (molekulių) ryšio jėgų stiprumo, lydosi. Yra ir tokių patvarios formos izotropinių savybių kietųjų kūnų, kuriuose netoli kiekvienos struktūrinės dalelės esančios kitos dalelės išsidėsčiusios tvarkingai, o tolstant nuo jos, nukrypimai nuo lokaliosios tvarkos didėja. Tokį dalelių išsidėstymą vadiname artimąja tvarka. Kūnai, kuriems būdinga struktūrinių dalelių artimoji tvarka, natūraliai gali įgyti bet kokią formą. Priešingai monokristalams, jie nėra taisyklingos formos, todėl vadinami amorfiniais. Amorfiniuose kietuosiuose kūnuose atomų grupės išsidėsčiusios netvarkingai. Amorfiniai kūnai, keliant temperatūrą, po truputį minkštėja, klampumas mažėja. Pakitus temperatūrai ar kitoms sąlygoms (pavyzdžiui, slėgiui) gali staigiai pakisti jų struktūra ir savybės. Amorfinius kūnus kaitinant, didėja struktūrinių dalelių virpesių amplitudė, ir iš pradžių nedaugelis, o kuo aukštesnė temperatūra - tuo daugiau dalelių geba išsprūsti iš kitų apsupties, kinta jų pusiausvyros padėtis. Kai virsmų tikimybė pasidaro didelė, pasireiškia skysčiams būdinga medžiagos savybė - takumas. Amorfiniai kūnai dėl to dažnai laikomi labai klampiais ir elastingais peršaldytaisiais skysčiais. Struktūrinės dalelės erdvėje pasiskirsčiusios geometriškai tvarkingai - vadinamąja erdvine gardele. Kristalo struktūriniai dariniai gana dideliu atstumu, palyginti su atomo matmenimis, periodiškai pasikartoja. Toks struktūrinių dalelių išsidėstymo erdvėje dėsningumas vadinamas tolimąja tvarka. Daugelis mineralų, sniegas, ledas, metalai, keramika, daugelis organinių medžiagų, net kai kurie maisto produktai yra kristalinės medžiagos. Pavienis vienos kristalinės gardelės kristalas, vadinamos monokristalu. Kai kurie kristaliniai kūnai susideda iš labai daug mažų netvarkingai išsidėsčiusių kristalų ir yra vadinami polikristalais. Kietųjų kūnų mechanines savybes (kietumą, stiprumą, skalumą, tamprumą ir kt.) lemia tarpatominė sąveika, kuri priklauso nuo atomų (molekulių) elektroninės struktūros. Kietųjų kūnų elektrines savybes lemia išoriniai, silpniausiai su branduoliu susiję elektronai. Dėl kvantinio elektronų judėjimo pobūdžio ir atomų išsidėstymo periodiškumo kristalinio kietojo kūno elektronai esti tam tikrų energijos verčių, jas atitinka energijos juostos. Elektronu pasiskirstymo šiose juostose pobūdis, juostų charakteristikos (juostų plotis, tarpai tarp jų) ir elektronų sklaidymas dėl atomų šiluminių virpesių ir defektų poveikio lemia kristalinio kūno elektrinį laidumą. Magnetinės savybės priklauso nuo atomų ir laidumo elektronų magnetinių momentų dydžio ir atomų sąveikos. 2.2.4. Plazminė būsena Tai neutralių atomų ir didelės koncentracijos įvairiaženklio krūvio elektringųjų dalelių kvazineutralioji sistema, kurios savybes lemia toli siekiančios elektrostatinės jėgos. Būdingiausias pavyzdys - jonizuotosios dujos, susidarančios iš elektronų ir teigiamųjų jonų, kurių kinetinė energija tokia didelė, kad jie nesirekombinuoja (rekombinacija - reiškinys, atvirkščias jonizacijai - įvairiaženklių laisvųjų krūvininkų išnykimas po susidūrimo). Tokia medžiaga vadinama plazma. Jonizuotosiose dujose ir plazmoje rekombinuojasi laisvieji elektronai ir teigiamieji jonai. Dujinė būsena dažnai vadinama ketvirtąja (greta dujinės, skystosios, kietosios) medžiagos agregatine būsena. Plazma naudojama metalams pjauti ir suvirinti, metalinėms dangoms gauti, termoizoliacinei „plazminei"akmens vatai gaminti. Žemos temperatūros plazma naudojama kai kuriems cheminiams junginiams gauti ir kt. 2.3. Medžiagų klasifikacija pagal kilmę, panaudojimą Medžiagų nomenklatūra labai įvairi. Daugiausia medžiagų moksle nagrinėjama statybinės medžiagos. Žaliavos joms gaminti esti gamtinės (natūralus ir apdorotas akmuo - uoliena, molis, rūdinės uolienos metalams, asbestas ir kt.) ir augalinės (mediena, durpės, akmens anglys, nafta, dujos), pramoninės atliekos (aukštakrosnių šlakai, pelenai, pjuvenos ir kt.). Klasifikacija nėra nusistovėjusi. Paprastai klasifikuojama pagal skirtingus kriterijus. 2.3.1. Natūralaus akmens (uolienų) panaudojimas Naudojama: • - lauko akmenų konstrukcijoms, skaldyto, tašyto ir pjaustyto akmens plokštėms ir blokams; • - užpildams (skalda, žvirgždas, smėlis, mineraliniai milteliai; pigmentai dažams); • - sukepinamoms ir lydytosioms medžiagoms (keraminėms medžiagoms, užpildams lengviesiems betonams, šamotui, stiklui, kristaliniam stiklui (sitalams), mineralinės vatos plaušams) gaminti; • - rišančiosioms medžiagoms (cementams, kalkėms, gipsui); • - metalams gaminti (rūdinės uolienos): juodiesiems (geležis ir jos lydiniai - plienai, ketus, ferolydiniai ir techninė geležis); spalvotiesiems metalams - variui, aliuminiui, nikeliui švinui, titanui, magniui ir kt. jų lydiniams. Natūralus akmuo susidarė Žemės plutoje iš vėstančio silikatinio lydalo, iš dalies ar visiškai jam susikristalizavus. Įvairiomis geologinėmis sąlygomis, auštant skystai magmai, susiformavo įvairių struktūrų ir savybių natūralios akmens medžiagos. Atsižvelgiant į susidarymo sąlygas akmens medžiagos skirstomos į gilumines (intruzines) ir išsiliejusias (efuzines). Giluminės uolienos formavosi žemės plutos gelmėse, veikiant dideliam slėgiui, aušo lėtai, todėl visiškai kristalizavosi. Jos stiprios, patvarios atmosferiniams poveikiams. Išsiliejusios susidarė arti žemės paviršiaus arba paviršiuje. Kadangi aušo ir kristalizavosi nevienodomis sąlygomis, jų savybės labai skirtingos. Struktūra - ir kristalinė, ir amorfinė-stikliškoji. Jų randama ir masyvuose, ir nuotrupų, sucementuotų gamtinių cementų. Veikiant atmosferiniams veiksniams uolienos dūlėjo - susidarė molis, smėlis, žvirgždas, klintys, dolomitai, gipsas ir kt. Veikiant atmosferiniams veiksniams, uolienose atsirado giluminių lūžių, pro kuriuos skverbėsi skysta magma, dujos ir kitos lakiosios medžiagos. Jas veikė įvairus slėgis ir aukšta temperatūra. Tokiomis sąlygomis paprastai pasireiškia metamorfizmo reiškiniai, o tai reiškia, kad mineralai pasikeitė, pasikeitė jų struktūra, tekstūra. Todėl iš magminių ir nuosėdinių uolienų susidarė metamorfinės uolienos (gneisas, molio skalūnas, marmuras, kvarcitas). Natūralaus akmens medžiagų klasifikacija: Uolienos: a) Magminės (Intruzinės, efuzinės, kainotipinės, paleotipinės); b) Nuosėdinės (Chemogeninės, organogeninės, mechaninės: biriosios, sucementuotosios); c) Metamorfinės (kontaktinės, regioninės) 2.3.2. Metalai Metalais vadinami cheminiai elementai ir sudėtingi jų lydiniai, kuriems būdingos metališkosios savybės: elektros ir šilumos laidumas, plastiškumas, kristalinė sandara, lūžio blizgesys, kylant temperatūrai didėjanti elektrinė varža. Visi metalai ir jų lydiniai sąlygiškai skirstomi į juoduosius ir spalvotuosius. Juodieji metalai - tai geležis ir lydiniai jos pagrindu: plienas, ketus, ferolydiniai. Jie sudaro 95 % visų gaminamų metalų. Spalvotieji - tai visi kiti metalai ir jų lydiniai. Jie skirstomi į lengvuosius, kurių tankis iki 4 g/cm3 (magnis, aliuminis, berilis ir kt.), sunkiuosius (varis, nikelis, švinas ir kt.), tauriuosius (auksas, sidabras, platina ir kt). Palyginti su juodaisiais, spalvotieji metalai labai brangūs, todėl visur, kur tik galima, juos stengiamasi pakeisti juodaisiais metalais arba plastmasėmis. Pagrindinis statybinis metalas yra geležies lydiniai. Į geležies lydinių sudėtį įeina įvairūs cheminiai elementai: geležis, anglis, silicis, manganas, chromas, nikelis, volframas, molibdenas, titanas, vanadis, boras, varis, siera, fosforas, selenas. Geležis yra plastiškas, sidabriškai baltas, minkštas metalas, kurio tankis 7,87 g/cm3. Grynosios geležies mechaninės savybės yra prastos, todėl naudojami geležies lydiniai su anglimi ir kitais elementais (dažniausiai metalais). Anglis yra svarbiausias geležies lydinių komponentas. Ji gali būti ištirpusi geležyje (feritas, austenitas, inartensitas), sudaryti cementitą Fe3C ar kitus karbidus, būti grafito intarpų pavidalo. Pagal anglies kiekį (%) geležies lydiniai skirstomi į plieną (C 105 MPa), vidutinio kietumo (E > 4x104 MPa), minkštosios (E > 2x103 MPa). Plastmasių klasifikacija 2.3.4. Pramonės atliekos Gaminant statybines medžiagas naudojama daug pramoninės gamybos atliekų. Tai pigi ir tinkama žaliava kai kurioms medžiagoms gaminti. Atliekos skirstomos: • metalurginiai šlakai ir pelenai; • maltas dehidratuotas molis, aliuminio sulfato gamybos atliekos; • rūgštieji pelenai, rusvųjų akmens anglių, durpių ir degamų skalūnų pelenai; • fosfogipsas, chemijos pramonės atlieka; • medienos perdirbimo atliekos, sukaupiamos kertant medieną kirtavietėse (šakos, kelmai, spygliai, viršūnės, žievė), naudojant statyboje (nuopjovos, skiedros, pjuvenos), medienos perdirbimo pramonėje (stambių atliekų trupiniai, stambios pjuvenos, drožlės); • linų perdirbimo atliekos (spaliai, linų stiebeliai); • popieriaus pramonės atliekos; • durpės (aukštapelkių: medienos samanų, medienos žolių, medienos); • šiaudai - žemės ūkio atliekos; • stiklo duženos; • sintetinių dirbinių atliekos. Metalurginiai šlakai yra efektyvus priedas gaminant šlakinius cementus, didinantis tokių cementų atsparumą vandeniui; kaip užpildai gaminant šlakinius lengvuosius betonus. Iš metalurginių aukštakrosnių šlakų gaminamas beklinkeris cementas, kalkių-šlako rišančioji medžiaga, sulfatiniai-šlakiniai cementai. Medienos apdirbimo, linų pramonės, popieriaus, durpių atliekos ir šiaudai yra šilumos izoliacinių organinių medžiagų pagrindinė sudedamoji dalis.

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!