IMAK1011 – Materialer og kjemi 1

1. Oppgave 1 1a) Krystallstrukturer i metaller Du har tre enhetsceller: - Enhetscelle A: kubisk med atomer i alle hjørner (ingen i flater eller i sentrum). - Enhetscelle B: kubisk med atomer i alle hjørner og i sentrum av kuben. - Enhetscelle C: kubisk med atomer i alle hjørner og i sentrum av alle flater. Koble hvert utsagn (1)–(7) til riktig enhetscelle (A, B eller C): (1) Koordinasjonstall er $6$. (2) Navnet på cellen forkortes ofte bcc. (3) Flatediagonalen i cellen er lik $4$ ganger atomradiusen $R$. (4) Enhetscellen inneholder totalt $1$ helt atom. (5) Har høyest pakningsfaktor. (6) Er minst vanlig for metaller. (7) Har mest hulrom mellom atomene. 1b) Tetthet fra enhetscelle (fcc) Et metall har krystallstruktur fcc. Beregn tettheten $\rho$ fra enhetscellen og oppgi svaret i $\text{g/cm}^3$. Gitt: - Atomradius: $R=0.128\,\text{nm}$ - Molar masse: $A=63.55\,\text{g/mol}$ - Avogadros tall: $N_A=6.022\cdot 10^{23}\,\text{atomer/mol}$ Anta ideell krystall uten defekter. 1c) Keramiske krystallstrukturer Du har følgende strukturer: - Struktur A: ZnS (sinkblende) / diamant-lignende (tetraedrisk koordinasjon). - Struktur B: CsCl-struktur (kubisk, 8:8 koordinasjon). - Struktur C: NaCl-struktur (rocksalt, 6:6 koordinasjon). - Struktur D: CaF$_2$-struktur (fluoritt). - Struktur E: Ingen av dem. Koble hvert utsagn (1)–(7) til riktig struktur (A–E): (1) Kationer og anioner har ulikt koordinasjonstall (CN). (2) Anioner pakket som fcc med kationer i alle oktaedriske hull. (3) Tilhører det heksagonale krystallsystemet. (4) Anioner pakket som sc med kationer i alle kubiske hull. (5) Kationer har $\text{CN}=4$. (6) Anioner pakket som fcc med kationer i alle tetraedriske hull. (7) Er vanlig struktur dersom anionet er ca. dobbelt så stort som kationet. 1d) Polymerer Kryss av for de tre riktige utsagnene om polymerer (velg nøyaktig tre): A. I en polymer er alle kjeder like lange, angitt med et stort tall $n$. B. Polymerer er ofte delvis krystallinske. C. Alle polymerer består av lange, lineære kjeder. D. Polymeren får navn fra monomeren den er laget av. E. Polymeriseringsgrad angir gjennomsnittlig molekylvekt for makromolekylene ($\text{g/mol}$). F. Kjemisk sammensetning til en polymer angis med minste repeterende enhet. 1e) Begreper (skriv svaret som fritekst) Skriv riktig norsk begrep til hver definisjon (1)–(8). Svar med ett begrep per linje, på formatet: 1: ... 2: ... ... (1) Generelt navn på delen av en kompositt som binder fibrene sammen. (2) Andel av volumet i en enhetscelle som er fylt med atomer/ioner. (3) Generell betegnelse på materialer som mangler langtrekkende orden. (4) Generell betegnelse på materialer som består av mange små krystaller. (5) Antall nærmeste naboatomer for et atom i en krystallstruktur. (6) Når et grunnstoff kan danne flere krystallstrukturer. (7) Grupperinger av geometrien til enhetsceller basert på akselengder og vinkler mellom dem. (8) Polyeder som har $8$ flater. 1f) Kompositter (glassfiber/polymer) Tre kompositter er like bortsett fra fiberlengde og fiberorientering. Strekkretningen er vertikal. - Kompositt 1: Korte fibre, orientert hovedsakelig horisontalt. - Kompositt 2: Korte fibre, tilfeldig orientert. - Kompositt 3: Lange fibre, orientert vertikalt (parallelt med strekkretningen). Hvilken kompositt vil være sterkest i strekk (i strekkretningen)? Begrunn kort.