3 Kristallstrukturen Flashcards
1
Q
Kristalle bestehen aus…
A
- 3-dimensionalen periodischen Anordnung von Atomen oder Molekülen über größere Entfernung (Fernordnung)
2
Q
mechanische und pyhsikalische Eigenschaften…
A
(Anisotropie) können am besten mit Hilfe der Kristallstruktur verstanden werden
3
Q
stabilsten Kristalle
A
solche mit dichtester Packung von Atomen
4
Q
Kristallsysteme und Gittertypen
A
alle Kristallstrukuren können in 7 Kristallsysteme und 14 Bravaisgittertypen eigeteilt werden
5
Q
Bravaisgittertyp
A
- unterscheiden sich von Basissystemen (Kristallsysteme) nicht unbedingt in geometrischen Daten,
- sondern in Packungsdichte (Atome pro Elementarzelle)
6
Q
Gitterpunkte
A
- beschreibt Atomposition durch Gitterpunkte uvw
- Nullpunkt 000 in Ecke der EZ
- Elementarzellenläge in a-, b- oder c-Richtung
7
Q
Gittergerade
A
- festgelegt durch 000 und Vektor r durch Gitterpunkt uvw
- wenn Gitterrichtung nicht durch Koordinatenursprung, dann duch Parallelverschiebung zu sich selbst in 000 verlegt
8
Q
Speziele Gittergeraden
A
- [111] - Raumdiagonale einer Elementarzelle
- [110] - Flächendiagonale einer Elementarzelle
- [100] - Richtung der Würfelkanten
9
Q
Äquvalente Gittergerade
A
- fasst alle gleichwertigen Richtungen einer EZ, deren Indices permutiert sind, zusammen
- <uvw></uvw>
- alle 8 Raumdiagonale: <111>
- alle 12 Flächendiagonale: <110>
10
Q
Gitterebene/Netzebene
A
11
Q
Äquivalente Gitterebene
A
- Netzebenen, deren Indices sich nur duch ihr Vorzeichen oder ihrer Reihenfolge unterscheiden, sind gelichwertig
- {100}
12
Q
Netzebenenabstand d(hkl)
A
- kleinste Abstand zwischen zwei nächst benachbarten Netzebenen der gleichen Netzebenenschar
- kann mit Hilfe von Röntgenstrahlung analysiert werden
13
Q
Netzebenenschar
A
alle Netzebenen, die parallel zu einer bestimmten Netzebene verlaufen
14
Q
Spektrum elektromagnetischer Wellen
A
- Röntgenstrahlung (X-Strahlung) repräsentiert den Wellenlängenbereich um 1nm
15
Q
Beugung von Röntgenstrahlung
A
- e- wird von Röntgenstrahl getroffen
- kann zu Schwingungen angeregt werden
- wird zu Quelle einer Strahlung (im Kristall Vielzahl von Strahlungsquellen)
- einfallende Wellenlänge = ausfallende
- ⇒ kohärente Streuung (feste Phasenbeziehung zwischen der einlaufenden und der gestreuten Welle)
16
Q
Interferenz
A
- konstruktiv oder destruktiv
17
Q
Braggsche Gleichung
A
- beschreibt geometrische Bedingung, dass Verstärkung (konstruktive Interferenz)
- Die reflektierten Wellen können nur dann in Phase schwingen, wenn ∆ ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge ist.
- nλ=2dsinθ
- Quadratische Form:
18
Q
Debye-Scherrer-Verfahren / Parallelstrahlverfahren
A
- dünne stäbchenförmige Probe in zylindrischer Kamera wird mit monochromatischer (uni, zu einer Wellenlänge gehörend) röntgenstrahlung beschossen
- an Innenseite der Kamera kreisrunder Röntgenfilm
19
Q
Fokussierungsprinzip nach Bragg‐Brentano
A
- Proben eigentlich rund, um Geometrie einzuhalten (Probe tangential zum Fokussierkreis)
- in Praxix flache Proben, da Geometrie nicht exakt eingehalten werden kann (Krümmungs und Fokussierkreisradius ändert sich während Messung)
20
Q
Zählrohrdiffraktometerverfahren / Zählrohrgoniometer
A
- jeder kristalline Stoff hat charakteristisches Röntgenspektrum
- Identifizierung mit ASTM-Kartei
21
Q
Röntgenspektrum einer Aluminiumprobe
A
22
Q
Gitterstruktur wichtiger Metalle
A
- 75% aller Elemente sind Metalle
- 90% dieser metalle kristallisieren im kfz, krz oder hexagonalem Gitter
23
Q
Packungsdichte
A
24
Q
Kubisch primitives Gitter (pc)
A
- a=2r
25
Kubisch raumzentriertes Gitter (bcc - body centered cubic/krz)
* 2 Atome/EZ
* Packungsdichte: 68%
* verzerrt, wenn nicht alle Steiten gleich lang
26
Kubisch flächenzentriertes Gitter (fcc - face centered cubic, kfz)
27
Kubisch dichteste Kugelpackung
* 74% maximal mögliche Packungsdichte von Kugeln gleichen Duchmessers
* ⇒ große #Gleitebenen (Ebene zwischen Atomlagen mit dichtester Packung)
* ⇒ hohe Verformbarkeit (dabei Verfomung Versetzungsbewegung in diesen Ebenen)
28
Ebene mit höchste Packungsdichte im kfz-Gitter
* (111)-Ebende
* Stapelfolge: ABCABC
29
Hexagonal dichteste Kugelpackung (hdp)
* 2 Atome/EZ
* Packungsdichte: 74%
30
Vergleich Stapelfolge kubisch- und hexagonal dichteste Kugepackung
31
Allotrope Elementmodifikationen (Polymorphie)
Bsp.: polymorphe Umwandlung des Eisens
* Kristallstruktur eines Elekemts ist von Umgebungsbedingungen wie isnb. Druck und Temperatur abhägig
* polymorphe Umwandlung des Eisens:
* δ-Eisen mit größerer Gitterkonstante als α-Eisen
32
Legierung
Eine Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mindestens zwei Elementen besteht, die gemeinsam das metalltypische Merkmal des kristallinen Aufbaus mit Metallbindung aufweisen.
33
Legierungsstrukturen
* je nach Art der Fremdatome
* Änderung in Gitterkonstante bei gleichem Gittertyp, oder
* Ausbildung intermetallischer Phasen mit komplizierten Gittern
34
Substitutionsmischkristall - Allgemeines
* Austausch von Atomen;
* bis 100% unbegrenzt möglich
* ⇒ "vollständige Mischbarkeit / lückenlose Mischkristallreihe"
35
Substitutionsmischkristall - Bedingungen
* beide Metalle kristalliesieren im gleichen Strukturtyp
* Atomradien dürfen sich nicht um mehr als 15% unterscheiden
* geringe chemische Affinität zueinander (⇒ statistische Verteilung der Atome)
36
Substitutionsmischkristall - Eigenschaften
* Geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit
* Höhere Festigkeit und Härte (Mischkristallverfestigung)
37
Substitutionsmischkristall - Änderung Gitterkonstante
38
Vegard'sche Regel
* lineare Änderung der Gitterkonstante mit Änderung Konzentration Fremdatome
* a = Gitterkonstante
* c = Konzentration
* Analyse der Zusammensetzung eines Mischkristalls röntgenographisch über ermittlung der Gitterkonstante
39
Mischkristall vs. Kristallgemisch
* Mischkristall aus 2 Atomsorten,
* Konzentration A und B sowie Gittertyp stets gleich
* Kristallgemisch kann sich beides unterscheiden
40
Einlagerungsmischkristall - Allgemeines
* kleine Nichtmetallatome lagern sich in Lücken eines Metallgitters ein (interstitielle Mischkrisallbildung)
* Bedingung 1: Gitterlücken groß genug
* Bedingung 2: Radienverhältnis rNM/rM ca. 0,59
41
Einlagerungsmischkristall - Eigenschaften
* Geringe Löslichkeit im Wirtsgitter ⇒ Metallische Eigenschaften ändern sich nicht
* Löslichkeit sinkt mit abnehmender Temperatur ⇒ Lücken werden kleiner
* Bei schneller Abkühlung bleiben die interstitiellen eingelagerten Atome oft zwangsgelöst ⇒ Entstehung von Gitterverzerrungen
42
Einlagerung von Kohlenstoff in Eisengitter
43
Ordnungs- und Überstrukturen - Allgemeines + Bsp. Cu - Au
* bestimmte Konzentration zwischen 2 Mischkristallkomponenten
* ⇒ Übergang statistische Verteilung der Atome in geordnete
* Bsp.: Cu - Au
44
Ordnungs- und Überstrukturen - Eigenschaften
* Symmetrieverlust (durch Bildung Unter- oder Obergitter)
* Ordnungsphasen sehr instabil, leicht durch thermische oder mechanische Beanspruchung verformbar
* enstehen nur bei sehr langsamer Abkühlung
45
Intermetallische Phasen - Allgemeines
* Aufbau aus verschiedenen Metallatomen, wobei sich die jeweiligen Kristallstrukturen gegenseitig durchdringen (sehr komplexer Aufbau)
* sehr srpöde, hart sowie deutlich stabilder als Überstrukturen
46
Intermetallische Phasen - Laves-Phasen
47
Intermetallische Phasen - Hume-Rothery-Phasen
48
Ionenstruktur - CsCl und NaCl
* CsCl: umd 0.5 0.5 0.5 verschobenes kubusch primitives Gitter
* NaCl: Na-Ionen besetzen Oktaederlücken des fcc-Gitters aus Cl-Ionen
49
Ionenstruktur - Fluorit-Struktur
* F-Ionen besetzen Tetraederlücken des fcc-Gitters aus Ca-Ionen
50
Kovalente Strukturen - ZnS
* kubisches Kristallgitter, bei dem die Zn-Ionen die Hälfe der Tetraederlücken besetzen,
* S-Atome bilden fcc-Gitter
51
Diamant- (sp3) und Graphit-Struktur (sp2) - Allgemeines
* Graphit: hexagonale Gitterstruktur mit auf Basalebene kovalent gebundenen C-Atomen und senkrechten schwachen van der Waals Bindungen
52
Diamant- (sp3) und Graphit-Struktur (sp2) - Hybridisierung
* Anregungs- und Hybridisierungsenergie werden aus Bindungsenergie der sich bildenden Atomorbitale gewonnen
* freies Elektron = π-Elektron
* Senkrecht zu den Ebenen ist Graphit elektrisch nicht leitend
53
Makromolekül durch Polymerisations-, Polyadditions- oder Polykondensationsreaktion - Beispiel Ethylen
* Aufspaltung Doppelbindung
* kovalente Bindung
* zwischen Ketten nur schwache van der Waals-Kräfte
54
Statistische Verteilung
zufälllige, durch Wahrscheinlichkeitt geprägte Verteilung
55
Konstitution von Makromolekülen
* Verknüpfung von Atomen bzw. Atomgruppen zu Makromolekülen
56
Hochpolymere aus asymmetrischen Struktureinheinten (SE)
* Verknüpfung von unsymmetrischen Monomeren
57
Hochpolymere aus mehreren Stuktureinheiten (SE)
58
Konstitution von Makromolekülen - Vergleich Duro- und Thermoplaste und Elastormere
59
Konfiguration von Makromolekülen
* Informationen über: stabile geometrische (räumliche) Anordnung bestimmer Atom(-gruppen) zueinander oder längs der Molekülkette
* statistische verteilung der Seitengruppen möglich
60
Konformation von Makromolekülen
* Informationen über: räumliche Anordnung Atomgruppen in oder an Molekülketten, die durch Einfachbindung gebunden sind
* "Umklappen" oder "Drehen" von Atomgruppen
61
Kristallstrukturen von Hochpolymeren
* Kristallation nur möglich bei regelmäßiger Konstitution, Konfiguration und Konformation
* Keimbildung und Kornwachstum werden durch Länge der Moleküle erschwert
* nur teilweise und nicht vollständig kristallisierbar
* i.d.R. Thermoplaste
* Polyethylen max. Kristallationsgrad von 40-60%
