1
Samenvatting
MATERIAALTECHNOLOGIE
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,2
H2 : Atomaire Bindingen
Atomaire binding en bindingsenergie
KRACHTEN
• Heel wat fysische eigenschappen te verklaren via sterkte interatomaire krachten
• 2 Atomen van oneindig ver dichter bij
elkaar brengen → aantrekking stijgt
o Afh. van type binding Som (netto kracht)
• Te dicht in elkaars buurt → afstoting door
overlappende e-wolken
• Netto kracht: 𝐹𝑁 = 𝐹𝐴 + 𝐹𝑅
1
o 𝐹𝐴 = − 4𝜋𝜖 (|𝑍1 |𝑒)(|𝑍2 |𝑒)
0 𝑟²
o 𝐹𝑅 = −𝐹𝐴 (indien in evenwicht)
• Krachten in evenwicht op r0: aantrekking = afstoting
o n = bindingslengte
• Raaklijn (in nulpunt) aan krachtkromme → stijfheid materiaal (soort
veerconstante)
POTENTIËLE ENERGIE
• Minimaal op r0: E0 =
bindingsenergie (=energie
nodig om de binding te vormen)
o Hoog → veel E nodig om
binding te breken
• Vorm van rode curve en waarde
E0 (diepte potentiaalput)
bepalen macroscopische
eigenschappen
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,3
STIJFHEID
Elastische vervorming
• Vervorming in elastisch gebied evenredig met spanning
o Trekspanningen [Mpa]: 𝜎 = 𝐸. 𝜀
o Rek ε [%] veroorzaakt evenredige spanning 𝜎
o E = elasticiteitsmodulus / Young’s Modulus [Mpa]
(weerstand tegen elastische vervorming)
VERKLARING MACROSCOPISCHE EIGENSCHAPPEN
Sterke atoombinding ➔ diepe en smalle potentiaalput ➔ hoge smelttemperatuur +
kleine thermische uitzetting ➔ steile kromme kracht/verplaatsing ➔ hoge E-modulus
➢ Asymmetrie potentiaalput: thermische uitzetting
Primaire atoombindingen
IONAIRE BINDING
• Elementen geven/nemen elektron af/op om stabiele edelgasconfiguratie te
bekomen
o Kation (+) en anion (-): Coulomb type zorgt aantrekking zorgt voor binding
𝐴
• Aantrekkingskracht → wet van Coulomb: 𝐸𝐴 = − 𝑟
1
o 𝐴 = 𝑐𝑡𝑒 = (|𝑍1 |𝑒). (|𝑍2 |𝑒)
4𝜋𝜖0
𝐵
• Afstotingsenergie: 𝐸𝑅 = 𝑟 𝑛
o B, n (~8) constanten
• Niet ruimtelijk gericht
o Sterkte idem in alle richtingen rond ion
o Alle dichtste buren van anion zijn kation en omgekeerd
o Indien voldaan: stabiele binding
• Vaak bij keramieken → invloed op eigenschappen
COVALENTE BINDING
• Elektronen worden gedeeld door 2 atomen: elk atoom draagt minstens één
elektron bij
o N’ valentie-elektronen → 8-N’ bindingen
• Ruimtelijk gericht: richting bepaald door positie atomen die elektronen delen
• Veel variatie in E0 → Veel variatie in Tm
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,4
METALLISCHE BINDING
• In metalen en legeringen
• Valentie-elektronen gemeenschappelijk gesteld → elektronenzee met positieve
ionen-kernen
• Hoge elektrische en thermische geleidbaarheid (e- = dragers van elektrische E)
• Binding niet gericht
• Veel variatie in E0 → Veel variatie in Tm
• Veel buren en dichte pakking mogelijke (minimale restricties # en pos dichtste
buren → H3)
GEMENGDE BINDINGEN
• Niet zuiver ionair/covalent/metallisch
• Percentage ionair karakter: %𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑟 = {1 − 𝑒𝑥𝑝[−(0,25)(𝑋𝐴 − 𝑋𝐵 )²]} . 100
o XA en XB = elektronegativiteiten
Secundaire atoombindingen
PRINCIPE
• Van der waals of “fysische” bindingen door aantrekkingskrachten tussen dipolen
o Geïnduceerde dipolen
o Permanente dipolen
• Lage bindingsE
• Altijd aanwezig, vaak verwaarloosbaar door primaire atoombindingsE
2 GEÏNDUCEERDE DIPOLEN
• Gemiddeld geen dipoolmoment: symmetrische e-wolk (ladingen homogeen
verdeeld)
• Atomen trillen continu → kortstondige distorties (symmetrische e-wolk wordt
verstoord) → kunnen (toevallig) dipool induceren in naburige atoom → beide
dipolen trekken elkaar aan → VdW-binding
• Zwakste soort
• Niet ruimtelijk gericht (atomen trillen in alle mogelijke richtingen)
PERMANENTE + GEÏNDUCEERDE DIPOOL
• Permanente dipool: asymmetrische schikking pos en neg ladingen
• Kan dipool induceren in niet-polaire molecule
o Aantrekking = VdW-kracht
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,5
2 PERMANENTE DIPOLEN
• Permanente dipool heeft VdW kracht op andere permanente dipool
• Sterkste type: H-brug sterkste soort
o H covalent gebonden met H/F/O/N
• H2O: H-uiteinde pos, onbedekt proton → vrije van elektronen
o Sterke aantrekking op neg zijde andere molecule
o H maakt brug tussen 2 neg ionen
o Hoge bindingsenergie van H-brug -> Hoog Tm HF en H2O (ondanks laag
moleculair gewicht!)
TOEPASSING: VOLUME EXPANSIE WATER BIJ BEVRIEZEN
• H2O = enige molecule die uitzet bij overgang naar vaste fase (bevriezen)
o Volume-expansie van ong. 9 vol.-% door waterstofbruggen
• Vorming tetragonale structuur: elke H2O-molecule deel van 4 H-bruggen
• Smelten → structuur deels verloren ➔ krimpen
• Gevolgen
o Lekkage (door volumetoename drukkracht, kan voor scheuren zorgen →
bij smelten lekkage)
o Drijvende ijsbergen (lagere densiteit want groter V voor zelfde m)
BINDINGEN BIJ POLYMEREN
• Intramoleculaire (binnen) covalente bindingen: bijzonder sterk
• Intermoleculaire (tussen) secundaire bindingen: bijzonder zwak
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
, 6
H3 : Structuur van kristallijne materialen
Fundamentele concepten
KRISTALLIJN
• = zichzelf herhalende of periodieke herhaling van atomen over “lange” afstanden
o In niveau van atomen: µm/nm (gemiddelde interatomaire afstand 0,3nm)
• Materiaal vertoont ‘orde op lange afstand’ na stollen
• Repetitief 3D-patroon
• Alle metalen, meeste keramieken, sommige polymeren onder ‘normale’
stollingscondities
KRISTALSTRUCTUUR
• = wijze waarop atomen geordend zijn
• Bepaalt verschillende eigenschappen
• Eenheidscel = één basis-eenheid
• Roosterparameter = lengte ribbe
• CN (coördinatiegetal) = maximaal aantal naburen (rakend)
• Volume eenheidscel: 𝑉𝐶 = 𝑎3
• APF (Atomic Packing Factor) = vullingsgraad = maximal haalbare vulling (fractie
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 𝑛.𝑥. 𝜋𝑅³
ingenomen door materie, rest is leeg) = = 3
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 𝑎³
Kubisch Vlak geCentreerd (KVC/FCC)
• Op elk hoekpunt en in midden van
elk vlak een atoom
• 4 atomen/eenheidscel
• CN = 12
• 𝑉𝐶 = 𝟏𝟔𝑹𝟑 √𝟐
• APF = 0.74
Kubis Ruimtelijk geCentreerd (KRC/BCC)
• Op elk hoekpunt en in midden kubus
een atoom
• 2 atomen/eenheidscel
• CN = 8
• APF = 0.68
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
Samenvatting
MATERIAALTECHNOLOGIE
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,2
H2 : Atomaire Bindingen
Atomaire binding en bindingsenergie
KRACHTEN
• Heel wat fysische eigenschappen te verklaren via sterkte interatomaire krachten
• 2 Atomen van oneindig ver dichter bij
elkaar brengen → aantrekking stijgt
o Afh. van type binding Som (netto kracht)
• Te dicht in elkaars buurt → afstoting door
overlappende e-wolken
• Netto kracht: 𝐹𝑁 = 𝐹𝐴 + 𝐹𝑅
1
o 𝐹𝐴 = − 4𝜋𝜖 (|𝑍1 |𝑒)(|𝑍2 |𝑒)
0 𝑟²
o 𝐹𝑅 = −𝐹𝐴 (indien in evenwicht)
• Krachten in evenwicht op r0: aantrekking = afstoting
o n = bindingslengte
• Raaklijn (in nulpunt) aan krachtkromme → stijfheid materiaal (soort
veerconstante)
POTENTIËLE ENERGIE
• Minimaal op r0: E0 =
bindingsenergie (=energie
nodig om de binding te vormen)
o Hoog → veel E nodig om
binding te breken
• Vorm van rode curve en waarde
E0 (diepte potentiaalput)
bepalen macroscopische
eigenschappen
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,3
STIJFHEID
Elastische vervorming
• Vervorming in elastisch gebied evenredig met spanning
o Trekspanningen [Mpa]: 𝜎 = 𝐸. 𝜀
o Rek ε [%] veroorzaakt evenredige spanning 𝜎
o E = elasticiteitsmodulus / Young’s Modulus [Mpa]
(weerstand tegen elastische vervorming)
VERKLARING MACROSCOPISCHE EIGENSCHAPPEN
Sterke atoombinding ➔ diepe en smalle potentiaalput ➔ hoge smelttemperatuur +
kleine thermische uitzetting ➔ steile kromme kracht/verplaatsing ➔ hoge E-modulus
➢ Asymmetrie potentiaalput: thermische uitzetting
Primaire atoombindingen
IONAIRE BINDING
• Elementen geven/nemen elektron af/op om stabiele edelgasconfiguratie te
bekomen
o Kation (+) en anion (-): Coulomb type zorgt aantrekking zorgt voor binding
𝐴
• Aantrekkingskracht → wet van Coulomb: 𝐸𝐴 = − 𝑟
1
o 𝐴 = 𝑐𝑡𝑒 = (|𝑍1 |𝑒). (|𝑍2 |𝑒)
4𝜋𝜖0
𝐵
• Afstotingsenergie: 𝐸𝑅 = 𝑟 𝑛
o B, n (~8) constanten
• Niet ruimtelijk gericht
o Sterkte idem in alle richtingen rond ion
o Alle dichtste buren van anion zijn kation en omgekeerd
o Indien voldaan: stabiele binding
• Vaak bij keramieken → invloed op eigenschappen
COVALENTE BINDING
• Elektronen worden gedeeld door 2 atomen: elk atoom draagt minstens één
elektron bij
o N’ valentie-elektronen → 8-N’ bindingen
• Ruimtelijk gericht: richting bepaald door positie atomen die elektronen delen
• Veel variatie in E0 → Veel variatie in Tm
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,4
METALLISCHE BINDING
• In metalen en legeringen
• Valentie-elektronen gemeenschappelijk gesteld → elektronenzee met positieve
ionen-kernen
• Hoge elektrische en thermische geleidbaarheid (e- = dragers van elektrische E)
• Binding niet gericht
• Veel variatie in E0 → Veel variatie in Tm
• Veel buren en dichte pakking mogelijke (minimale restricties # en pos dichtste
buren → H3)
GEMENGDE BINDINGEN
• Niet zuiver ionair/covalent/metallisch
• Percentage ionair karakter: %𝑖𝑜𝑛𝑎𝑖𝑟 = {1 − 𝑒𝑥𝑝[−(0,25)(𝑋𝐴 − 𝑋𝐵 )²]} . 100
o XA en XB = elektronegativiteiten
Secundaire atoombindingen
PRINCIPE
• Van der waals of “fysische” bindingen door aantrekkingskrachten tussen dipolen
o Geïnduceerde dipolen
o Permanente dipolen
• Lage bindingsE
• Altijd aanwezig, vaak verwaarloosbaar door primaire atoombindingsE
2 GEÏNDUCEERDE DIPOLEN
• Gemiddeld geen dipoolmoment: symmetrische e-wolk (ladingen homogeen
verdeeld)
• Atomen trillen continu → kortstondige distorties (symmetrische e-wolk wordt
verstoord) → kunnen (toevallig) dipool induceren in naburige atoom → beide
dipolen trekken elkaar aan → VdW-binding
• Zwakste soort
• Niet ruimtelijk gericht (atomen trillen in alle mogelijke richtingen)
PERMANENTE + GEÏNDUCEERDE DIPOOL
• Permanente dipool: asymmetrische schikking pos en neg ladingen
• Kan dipool induceren in niet-polaire molecule
o Aantrekking = VdW-kracht
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
,5
2 PERMANENTE DIPOLEN
• Permanente dipool heeft VdW kracht op andere permanente dipool
• Sterkste type: H-brug sterkste soort
o H covalent gebonden met H/F/O/N
• H2O: H-uiteinde pos, onbedekt proton → vrije van elektronen
o Sterke aantrekking op neg zijde andere molecule
o H maakt brug tussen 2 neg ionen
o Hoge bindingsenergie van H-brug -> Hoog Tm HF en H2O (ondanks laag
moleculair gewicht!)
TOEPASSING: VOLUME EXPANSIE WATER BIJ BEVRIEZEN
• H2O = enige molecule die uitzet bij overgang naar vaste fase (bevriezen)
o Volume-expansie van ong. 9 vol.-% door waterstofbruggen
• Vorming tetragonale structuur: elke H2O-molecule deel van 4 H-bruggen
• Smelten → structuur deels verloren ➔ krimpen
• Gevolgen
o Lekkage (door volumetoename drukkracht, kan voor scheuren zorgen →
bij smelten lekkage)
o Drijvende ijsbergen (lagere densiteit want groter V voor zelfde m)
BINDINGEN BIJ POLYMEREN
• Intramoleculaire (binnen) covalente bindingen: bijzonder sterk
• Intermoleculaire (tussen) secundaire bindingen: bijzonder zwak
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
, 6
H3 : Structuur van kristallijne materialen
Fundamentele concepten
KRISTALLIJN
• = zichzelf herhalende of periodieke herhaling van atomen over “lange” afstanden
o In niveau van atomen: µm/nm (gemiddelde interatomaire afstand 0,3nm)
• Materiaal vertoont ‘orde op lange afstand’ na stollen
• Repetitief 3D-patroon
• Alle metalen, meeste keramieken, sommige polymeren onder ‘normale’
stollingscondities
KRISTALSTRUCTUUR
• = wijze waarop atomen geordend zijn
• Bepaalt verschillende eigenschappen
• Eenheidscel = één basis-eenheid
• Roosterparameter = lengte ribbe
• CN (coördinatiegetal) = maximaal aantal naburen (rakend)
• Volume eenheidscel: 𝑉𝐶 = 𝑎3
• APF (Atomic Packing Factor) = vullingsgraad = maximal haalbare vulling (fractie
4
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 𝑛.𝑥. 𝜋𝑅³
ingenomen door materie, rest is leeg) = = 3
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑒𝑒𝑛ℎ𝑒𝑖𝑑𝑠𝑐𝑒𝑙 𝑎³
Kubisch Vlak geCentreerd (KVC/FCC)
• Op elk hoekpunt en in midden van
elk vlak een atoom
• 4 atomen/eenheidscel
• CN = 12
• 𝑉𝐶 = 𝟏𝟔𝑹𝟑 √𝟐
• APF = 0.74
Kubis Ruimtelijk geCentreerd (KRC/BCC)
• Op elk hoekpunt en in midden kubus
een atoom
• 2 atomen/eenheidscel
• CN = 8
• APF = 0.68
Mia Kortmann 1BA Burg . ir. 2026
