Лекция1. Строение атома

Строительное материаловедение

Уважаемые слушатели мы приступаем к изучению курса «Строительное материаловедение». Лекции, которые будут прочитаны в течение данного семестра, помогут Вам разобраться в физико-химической сущности строения и свойств различных материалов. Вы узнаете, почему природные и искусственно созданные материалы имеют различные теплопровод­ность, механические и эксплуатационные свойства, как связаны эти свойства друг с другом, как и в каких пределах их можно изме­нять. Одно­временно с изучением этих вопросов, вы более глубоко познакомитесь с физическими и химическими свойствами элемен­тов, информация о которых заложена в периодической системе Д.И. Менделеева. Особо отмечу, что строение атомов химиче­ских элементов определяет структуру и энергию образуемых ими химических связей, которые, в свою очередь, лежат в основе всего комплекса свойств веществ и материалов. Лишь опираясь на по­нимание химического взаимодействия атомов, можно управлять процессами, происходящими в веществах, и получать заданные рабочие характеристики.

Однако более важной, чем изучение отдельных проблем, изло­женных в лекциях, является предоставляемая вам возможность объединить основные положения физики, химии и прикладных научных направлений (теплофизи­ки, механики) для комплексного понимания взаимодействия веществ и их свойств.

В лекциях главное внимание уделено фундаментальным основам материалове­дения в связи с тем, что современное материаловедение направлено на получение ма­териалов с заданными характеристиками и служит базой для нау­коемких технологий XXI века.

Материалом называется вещество, обладающее необходимым комплексом свойств, для выполнения заданной функции отдельно или в совокупности с другими веществами.

Современное материаловедение полностью сложилось как нау­ка во второй половине XX века, что было связано с быстрым возрастанием роли материалов в развитии техники, тех­нологии и строительства. Создание принципиально новых материалов с заданными свойствами, а на их основе сложнейших конструкций по­зволило человечеству достичь за короткое время небывалых успе­хов в атомной и космической технике, электронике, информацион­ных технологиях, строительстве и т.д. Можно считать, что материаловедение - это раздел научного знания, посвященный свойствам веществ и их направленному изменению с целью получения материалов с заранее заданными рабочими характеристиками. Он опирается на фунда­ментальную базу всех разделов физики, химии, механики и смежных дисциплин и включает теоретические основы современных нау­коемких технологий получения, обработки и применения материа­лов. Основу материаловедения составляет знание о процессах, про­текающих в материалах под воздействием различных факторов, об их влиянии на комплекс свойств материала, о способах контроля и управления ими. Поэтому материаловедение и технология ма­териалов - взаимосвязанные разделы знания.

Курс материаловедения и технологии строительных мате­риалов служит целипознания природы и свойств ма­териалов, методов получения материалов с заданными ха­рактеристиками для наиболее эффективного использования в строительстве.

Основные задачиизучения курса:

- дать понимание физико-химической сущности явлений, происходящих в материалах при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации, и их влияния на свойства материалов;

- установить зависимость между химическим составом, строением и свойствами материалов;

- изучить теоретические основы и практику реализации раз­личных способов получения и обработки материалов, обеспечи­вающих высокую надежность и долговечность строительных конструкций;

- дать знания об основных группах неме­таллических материалов, их свойствах и областях применения.

В лекциях раскрываются:

- основы взаимодействия атомов и молекул, позволяющие в
дальнейшем объяснить влияние на свойства материала его химиче­ского состава и процессов направленной обработки;

- строение твердого тела, дефекты кристаллической структуры
и их роль в формировании свойств материалов;

- явления переноса тепла, массы и заряда, составляющие суть
любого технологического процесса;

- теоретические основы получения аморфных структур мате­риалов;

- элементы механики упругой и пластической деформации и
разрушения материала, лежащие в основе формирования прочности и надежности современных строительных материалов и конструкций, а также
методы их испытаний;

Итак, задача современного материаловедения - получение материалов с заранее заданными свойства­ми.Свойства материалов определяются химическим составом и структурой, которые являются результатом получения материала и его дальнейшей обработки. Для разработки материалов и техноло­гий необходимо знание физических и химических явлений и процес­сов, протекающих в материале на различных стадиях его получения, обработки и эксплуатации, их предсказание, описание и управление ими. Таким образом, знание теории необходимо для создания управ­ляемых технологических процессов, результатом которых будет ма­териал с четко определенными значениями рабочих свойств.

Физико-химические свойства вещества определяются элек­тронным строением его атомов. Взаимодействия атомов связаны, в первую очередь, с взаимодействием их электронных оболочек. По­этому при разработке материалов и процессов их получения необ­ходимо четко представлять, как различные химические элементы отдают и принимают электроны, как изменение электронного со­стояния влияет на свойства элементов.

Давайте вспомним электронное строение атома.