Flüssigkeiten flüssig Keine Eigenform (nach Deformieren bleibt so, es gibt keine rückstellende cherkräfte) fest Eigenform (nach Deformieren stellt sich zurück, da es rückstellende cherkräftegibt ) Physikalische Grundlagen der zahnärztlichen Materialkunde 2. truktur der Materie Multiatomare ysteme : Flüssigkeiten, feste Körper, Flüssigkristalle 1 víz Dynamische Nahordnung 2 Viskosität (h) (Fluidität~ 1/h) F = F s Zur Deutung des Gradienten: F s Temperaturgradient Newtonsches Reibungsgesetz: v FR h A h Viskosität (innerer Reibungskoeffizient) [h] = Pa s Rotationsviskosimeter Newtonsches Reibungsgesetz: cher FR v h A h g v cherspannung Geschwindigkeitsgradient cher h g v 3 4 1
Andere Viskositätsmessung: F h ~ v s. später Hagen-Poiseuille-Gesetz h hängt ab: vom toff von der Temperatur Viskosität von einigen toffen: toff h (mpas) Luft 0,019 (20 C) Modell des viskosen Körpers: Künstlicher peichel (UA Patent) Glycerin Methyl- Methakrylat- Monomer Ethylenglykol- Dimethakrylat- Monomer Zinkphosphat 1 (20 C) 2 10 1500 (20 C) 0,5 (25 C) 3,4 (25 C) 95 000 (25 C) Zinkoxid-Eugenol 100 000 (37 C) 5 ilikon 60 000-1 200 000 (37 C) 6 h hängt ab: von den cherkräften (vom Geschwindigkeitsgradienten)? Bingham-Flüssigkeit: F v/h h hängt ab: von der Zeit?? Thixotrope Flüssigkeiten: Flüssigkeiten h Normale (newtonsche) Flüssigkeiten pl. víz, olaj Anomale (nicht-newtonsche) Flüssigkeiten pseudoplastisch z.b. peichel, Blut, Polykarboxylatzement, Elastomer- Abdruckmaterialien dilatant z.b. einige Komposite Rheopexe Flüssigkeiten: h t Z.B.: einige Abdruckmaterialien Bitte nicht verwechseln mit pseudoplastischen und dilatanten Flüssigkeiten! 7 t 8 2
- + Dipol (Kristall = Festkörper) Einkristalle Kristalline toffe Feste Körper Polykristalle Amorphe toffe Mikrokristalline toffe hohe spezifische Wärmekapazität, chmelzwärme und Verdampfungswärme hohe Oberflächenspannung gutes Lösungsmittel Nanokristalline toffe 9 10 Festkörper (Kristalle) Eigenvolumen/Eigenform Fernordnung geordnete truktur in makroskopischen Bereichen Periodizität, Elementarzelle, Kristallgitter Wenig Defekte chwache Bewegungen Oft anisotrop Kristallgitter (Raumgitter) Kristalltypen Atomkristall Ionenkristall Metallkristall Molekülkristall Uracyl Apatit i Elementarzelle 11 12 3
Bindung Grundeinheit Bindungs -energie kj/mol mechanische Eigenschaften? chmelzpunkt? Härte? kovalent Atom 100-1000 steif hoch - ionisch +/- Ionen 500-1500 steif hoch - metallisch + Ion; Elektron 70-900 plastisch hoch + H-Brücke Molekül 20 steif niedrig - v.d.waals Molekül/ Atom (bei Edelgasen) 2 weich sehr niedrig - Elektr. Leitung? Raumgitter (Kristallklassen) kubisch raumzentriert einfach flächenzentriert hexagonal Diamant alz Gold Eis Graphit 13 tetragonal trigonal orthorombisch monoklin triklin 14 Polymorphie Z.B.: io 2 Tridymit Cristobalit Quartz Polykristalle Mikrokristalle Nanokristalle Körner Kohlenstoff (C) Zinn (n) Polykristalliner Quartz Fulleren Graphit Diamant Nanoröhre Polymorphie von Elementen = Allotropie 15 Korngrenzen Defekte! in der Regel isotrop 16 4
Apatit OH : Hydroxiapatit F : Fluorapatit Ca 10 (PO 4 ) 6 (X) 2 hexagonales Ionenkristall Ca 5 (PO 4 ) 3 X Gitterdefekte Punktdefekte thermisch Vakanz/Leerstelle (chottky-defekt) Interstitielles Atom (Zwischengitteratom) Frenkel-Defekt n N e kt Zahl der chottky- Defekte Fremdatom An einer Gitterstelle (ubstitutionsatom) Dentin, Knochen: 20-60 nm x 6 nm große Kristalle Zahnschmelz: 500-1000 nm x 30 nm große Kristalle 17 An einer Zwischengitterstelle (interstitielles Atom) s. Legierungen!! 18 Entstehung und Bewegung von Punktdefekten: Versetzungen tufenversetzung chraubenversetzung Thermische Fehler in biologischen Makromolekülen: Korngrenzen n N e kt Al 2O 3 Versetzungen in einer Ti-Legierung Al 2O 3 +Cr +++ Zahl der aufgespalteten H- Brücken Gitterdefekte Eigenschaften!! 19 20 5
Amorphe (feste) Körper Flüssigkristalle Termotrope Flüssigkristalle: Eigenvolumen Mechanisch hart Keine Eigenform/flüssig sehr hohe Viskosität; gefrorene Flüssigkeit Nahordnung Viele Defekte Isotrop Z.B. Glas, Harz, Wachs, Bitumen,... 1883 Reinitzer Anisodimensionale Moleküle Mesophase Flüssig Teilweise geordnete trukturen Optisch anisotrop Gegen äußere Einwirkungen empfindliche truktur smektisch nematisch cholesterisch 21 22 Kontaktthermographie/Plattenthermographie (thermo-optisches Phänomen) Lyotrope Flüssigkristalle: Lamellare truktur hydrophil Phospholipidmolekül hydrophob LCD (elektro-optisches Phänomen) unpolarisiertes Licht 1. Polarisator Orientierungsfläche Liposom Flüssigkristallmoleküle teuerspannung Orientierungsfläche 2. Polarisator Lichtaustritt (durchsichtig) kein Lichtaustritt (undurchsichtig) 23 24 6