Hoofdstuk 2, Het vervaardigen van
technische materialen uit de elementen
2.1 De oorsprong van technische materialen
Het gedrag van materialen wordt rechtstreeks gerelateerd aan het gedrag van de atomen waaruit
het materiaal bestaat.
Materialen worden ontleed tot elementaire deeltjes (elementen). De kleinste hoeveelheid van een
element die nog dezelfde eigenschappen heeft is een atoom. Alle materialen bestaan uit atomen die
met elkaar zijn verbonden in verschillende patronen en met verschillende bindingen.
Stoffen worden onderverdeeld in organische - en anorganische materialen.
Organische materialen: hierin is koolstof een belangrijk deel van de structuur (naast waterstof,
stikstof en/of zuurstof). Deze materialen zijn meestal afkomstig uit levende organismen. (vb. olie).
Anorganische materialen: deze stoffen zijn niet afkomstig van organismen. (vb. zand, gesteenten,
water, metalen en edelgassen).
Technische metalen en keramieken zijn overwegend anorganisch.
Element: zuivere stof die niet met chemische middelen kan worden afgebroken tot een eenvoudiger
substantie. 90 in de aardkorst. Met laboratoriumsynthese 140 elementen.
Atoomnummer: geeft het aantal protonen weer in de kern van een atoom.
Atomen bestaan uit protonen (positief geladen), neutronen (ongeladen) en elektronen (negatief
geladen) die in een baan om de kern bewegen.
Isotopen: varianten op de elementen uit het periodiek systeem (meer of minder neutronen).
Sommige isotopen zijn instabiel en vallen uit elkaar, waarbij radioactieve straling vrijkomt.
Linksboven in het periodiek systeem staat de atoommassa. Dit gewicht geeft een indicatie van de
dichtheid van een element. (fysische eigenschap).
Elektronenbanen zijn geen ringen. Elektronen hebben eigenschappen van deeltjes en eigenschappen
die vergelijkbaar zijn met energiegolven. De elektronenconfiguratie van een atoom wordt
gedefinieerd door kwantumgetallen.
Elektronen in een atoom bezetten schillen en onderschillen. De positie van elektronen in schillen
wordt aangeduid met vier kwantumgetallen: de energie van het elektron (hoofdkwantumgetal), de
vorm van een schil (nevenkwantumgetal), de oriëntatie van een schil (magnetisch kwantumgetal) en
de spin van een elektron (spinkwantumgetal). Deze getallen geven de mogelijkheid aan dat een
bepaald elektron in een bepaald verband staat met de kern van een atoom.
Algemene regels voor de elektronenconfiguratie van atomen:
1, Twee elektronen kunnen nooit dezelfde vier kwantumgetallen hebben. (uitsluitingsprincipe van
Pauli)
2, Wanneer twee elektronen zich in dezelfde schil bevinden, moeten hun spins gekoppeld zijn.
3, Het maximale aantal elektronen in een gegeven schil in 2n^2. N=hoofdkwantumgetal.
4, Bij wisselwerking tussen atomen gaan de elektronen eerder naar een lege schil dan naar een
gedeeltelijk bezette schil.
5, De buitenste (valentie) elektronen bepalen grotendeels het chemische gedrag van elementen.
Maximale aantal valentie-elektronen is acht.
technische materialen uit de elementen
2.1 De oorsprong van technische materialen
Het gedrag van materialen wordt rechtstreeks gerelateerd aan het gedrag van de atomen waaruit
het materiaal bestaat.
Materialen worden ontleed tot elementaire deeltjes (elementen). De kleinste hoeveelheid van een
element die nog dezelfde eigenschappen heeft is een atoom. Alle materialen bestaan uit atomen die
met elkaar zijn verbonden in verschillende patronen en met verschillende bindingen.
Stoffen worden onderverdeeld in organische - en anorganische materialen.
Organische materialen: hierin is koolstof een belangrijk deel van de structuur (naast waterstof,
stikstof en/of zuurstof). Deze materialen zijn meestal afkomstig uit levende organismen. (vb. olie).
Anorganische materialen: deze stoffen zijn niet afkomstig van organismen. (vb. zand, gesteenten,
water, metalen en edelgassen).
Technische metalen en keramieken zijn overwegend anorganisch.
Element: zuivere stof die niet met chemische middelen kan worden afgebroken tot een eenvoudiger
substantie. 90 in de aardkorst. Met laboratoriumsynthese 140 elementen.
Atoomnummer: geeft het aantal protonen weer in de kern van een atoom.
Atomen bestaan uit protonen (positief geladen), neutronen (ongeladen) en elektronen (negatief
geladen) die in een baan om de kern bewegen.
Isotopen: varianten op de elementen uit het periodiek systeem (meer of minder neutronen).
Sommige isotopen zijn instabiel en vallen uit elkaar, waarbij radioactieve straling vrijkomt.
Linksboven in het periodiek systeem staat de atoommassa. Dit gewicht geeft een indicatie van de
dichtheid van een element. (fysische eigenschap).
Elektronenbanen zijn geen ringen. Elektronen hebben eigenschappen van deeltjes en eigenschappen
die vergelijkbaar zijn met energiegolven. De elektronenconfiguratie van een atoom wordt
gedefinieerd door kwantumgetallen.
Elektronen in een atoom bezetten schillen en onderschillen. De positie van elektronen in schillen
wordt aangeduid met vier kwantumgetallen: de energie van het elektron (hoofdkwantumgetal), de
vorm van een schil (nevenkwantumgetal), de oriëntatie van een schil (magnetisch kwantumgetal) en
de spin van een elektron (spinkwantumgetal). Deze getallen geven de mogelijkheid aan dat een
bepaald elektron in een bepaald verband staat met de kern van een atoom.
Algemene regels voor de elektronenconfiguratie van atomen:
1, Twee elektronen kunnen nooit dezelfde vier kwantumgetallen hebben. (uitsluitingsprincipe van
Pauli)
2, Wanneer twee elektronen zich in dezelfde schil bevinden, moeten hun spins gekoppeld zijn.
3, Het maximale aantal elektronen in een gegeven schil in 2n^2. N=hoofdkwantumgetal.
4, Bij wisselwerking tussen atomen gaan de elektronen eerder naar een lege schil dan naar een
gedeeltelijk bezette schil.
5, De buitenste (valentie) elektronen bepalen grotendeels het chemische gedrag van elementen.
Maximale aantal valentie-elektronen is acht.
