Введение. Что такое материал и материаловедение. Материалы природного происхождения Материал – то, из чего состоят окружающие человека и используемые им предметы Вещество – элементный состав + набор связей между структурными единицами (атомами, молекулами) и их пространственное взаиморасположение Вещество Материал

Что изучает химия? Состав СтруктураСвойства или Состав СтруктураСвойства Синтез

жидкие или газообразные материалы вещество + микропримеси (f(синтеза)) Твердофазный материал: вещество (кристаллическая структура) + тонкая кристаллическая структура (ОКР) + распределение частиц по размерам + организация контактов между частицами иерархичность структуры

науки о материалах медицина геология химия физика биология механика

Материалы и развитие человека как биологического вида Нижний палеолит : дерево + камень (от ок. 2 млн. лет назад) Средний палеолит : каменные инструменты (ручное рубило) - кремень (стекло на основе SiO 2 ) Верхний палеолит : + кость, «микролиты» до ок 10 тыс. лет назад

Мезолит : изобретение лука и стрел => (10-7 тыс. лет назад) => возможность охоты на мелкую дичь совершенствование техники микролитических инструментов Неолит : применение керамики => технология приготовления пищи (варка) => развитие земледелия и скотоводства

Природные конструкционные (в т.ч. строительные) материалы Дерево : плотность 0,8 – 0,4 г/см 3 анизотропия механических свойств – пределы прочности вдоль волокон: растяжение 75 – 160 МПа сжатие 35 – 50 МПа скол 6 – 14 МПа Защита древесины: от гниения - пропитка антисептиками (NaF, ZnCl 2, CuSO 4 и др.) изолирующие (от воды) покрытия (краски, лаки, …) от возгорания – пропитка антипиренами (соли Al, фосфаты, бораты) Камни : известняк CaCO 3 (кальцит) + MgCO 3 – доломитизированный + глина – мергель Отделочные материалы: мрамор (CaCO 3 ) гранит (SiO 2 (кварц), слюда, полевой шпат)

Топливо : древесина, уголь, торф, нефть, газ Минеральные удобрения : калийные (сильвинит) NaCl+KCl, азотные (селитры) Функциональные материалы природного происхождения Магнитные : магнетит (Fe 3 O 4 ), метеоритное железо Оптические : слюды (K,Na)(Al,Mg,Fe,Li) 2-3 [AlSi 3 O 19 ](OH,F) оптическая прозрачность, диэлектрик Драгоценные и полудрагоценные камни : прозрачность, цвет, преломление света или опалесценция корунд (Al 2 O 3 ) - сапфир (Ti, Fe – голубой) - рубин (Cr – красный) - лейкосапфир (бесцветный) гранат R 2+ 3 R 3+ 2 [SiO 4 ] 3 (R 2+ - Mg, Fe, Mn, Ca; R 3+ - Al, Fe, Cr) алмаз (C) n = 2.5 кварц (SiO 2 ) – горный хрусталь (монокристалл), опалы – частицы 0,35 – 0,75 мкм

Вода D = Клм Водородная связь: t пл =0 о С, t кип =100 о С из ряда H 2 Te – H 2 Se – H 2 S : t кип H 2 O = -80 o C плотность max при 4 о С Растворитель : соли MX n => M n+ *iH 2 O + nX - *jH 2 O полярные органические вещества роль в биологии (белки, сахара, ДНК, РНК, …) эмульсии (жиры) Транспорт («дорожное покрытие» для водных путей) мировой океан, ледники (Антарктида, Гренландия), пресная вода,