Atomarer Aufbau Flashcards
Was sind Atome?
Die elektrisch neutralen Grundbausteine der Materie
Woraus bestehen Atome
Atome bestehen aus einem positiv geladenen Kern und einer negativen Atomhülle.
Wie nennt man die positiv geladenen Teilchen im Atom?
Protonen
Wo befinden sich die Protonen?
Im Kern des Atoms
Wie nennt man die negativ geladenen Teilchen im Atom?
Elektronen
Wo befinden sich die Elektronen?
In der Atomhülle
Was ist die typische Größenordnung des Atomkerns?
∅ Atomkern ≈ 10 ⁻ ¹ ⁴m
Was ist die typische Größenordnung der Atomhülle?
⌀ Atomhülle ≈ 10 ⁻ ¹ ⁰ m = 0,1 nm
Was sind Ionen?
Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle
Warum sind Ionen elektrisch geladen?
-Ladung beruht auf Unterschied i.d Anzahl d. Elektronen i. d. Hülle und der der Protonen im Kern
Wie nennt man die Anzahl der Protonen?
Kernladungszahl Z oder Ordnungszahl
Wie viele Elemente sind bisher entdeckt worden?
118 (davon 92 in der Natur vorkommend)
Wie werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Elements bestimmt?
Durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen
Warum sind Atome elektrisch neutral?
Weil sie gleich große, entgegengesetzte Ladungen haben
Wie findet man die Anzahl der Schalen eines Atoms heraus
Mithilfe der Periodengruppen im Periodensystem
(1. Gruppe= 1 Schale, 2. Gruppe= 2 Schalen,…)
Wie charakterisiert man die Elektronenzustände
Durch die 4 Quantenzahlen
—> n, l, m ₁, m ₛ
Welche Quantenzahl definiert N=1,2,3,…,8
Die Hauptquantenzahl
—> K-, L-, M-, N-,… Schale
Welche Quantenzahl definiert L=0,1!…(n-1l)
Die Nebenquantenzahl (für mehrere Elektronen auf einer Schale) (0=s, 1=p, 2=d)
Was beschreibt die Nebenquantenzahl (L)
Die Aufenthaltsräume der Elektronen auf den Schalen
Was definiert die Quantenzahl m ₁?
Die magnetische Quantenzahl (-L…-1,0,1,…L)
Was definiert die Quantenzahl m ₛ?
Die Spinquantenzahl (+1/2 oder -1/2)
Wie bezeichnet man positiv geladene Atome?
Als Kationen (+)
Wie bezeichnet man negativ geladene Atome?
Als Anionen (-)
Wie entstehen Moleküle?
Durch energiegewinnende Wechselwirkung (Bindungen) der äußeren Elektronen (Valenzelektronen) verschiedener oder gleicher Atome
Was strebt jedes Molekül an?
Edelgaszustand (volle Schalen)
Was ist ein Werkstoff?
-Festkörper
-aus Atomen, Molekülen, Ionen
Wie wird der Abstand zwischen Atomen bestimmt?
- durch Wechselwirkung d. Valenzelektronen
Welche Bindungen gibt es?
- primäre (starke) Bindungen
-sekundäre (schwache) Bindungen
Welche der beiden Bindungen ist die schwache bzw. die starke
-primär —> stark
-sekundär —> schwach
Was sind die Merkmale der primären Bindung?
-Ionenbindung
-kovalente (Atom-) Bindung
-metallische Bindung
Was sind die Merkmale der sekundären Bindung?
- Van-der-Waals Bindung
- Wasserstoffbrückenbindung
-Dipol-Bindung
Wie treffen die sekundären und primären Bindungen in Werkstoffen auf?
-können nicht nur einzeln sondern gemischt auftreten
- Beispiel Keramiken: besitzen Ionen- und kovalente Bindungsanteile
Wie können Bindungstypen beschrieben werden?
- durch ein Kugel-Feder-Modell
Woraus setzt sich das Wechselwirkungspotenzial beim Kugel-Feder-Modell zusammen?
- aus einem attraktiven (anziehenden) und repulsiven (abstoßenden) Teil (Wges = Wa + Wr)
Was entspricht die Bindungsenergie? (VL19 F.19)
Tiefe des Potentialtopfes
Womit hängt die thermische Ausdehnung zusammen?
-Asymmetrie des Potentials
-insbesondere bei großen Amplituden ist das Atom im Mittel weiter vom Partner entfernt als r0
-Bindungsabstand wird länger
-Material dehnt sich bei Wärme aus
Womit hängt der Elastizitätsmodul zusammen?
-proportional zur Krümmung des Potenzialtopfes
Was ist besonders an einer Ionenbindung?
-einfachste Bindungsart
Wie lässt sich die Ionenbindung verstehen
-anziehende Wechselwirkung zweier ungleichnamig geladener ,,harter‘‘ Kugeln
Wie sind die elektrostatischen Kräfte bei Ionen?
-anziehend
-ungerichtet
Wie wirken sich die Kräfte der Ionenbindungen auf alle Richtungen aus?
-immer die selben
Wo treten bevorzugt Ionenbindungen mit statischen Kräften auf?
- bei Elementen mit stark unterschiedlicher Elektronegativität (Bedingung Ladungsausgleichung)
Worauf beruht die kovalente Bindung?
-stark vereinfacht auf der Bildung gemeinsamer Elektronenbahnen durch das Überlappen von Schalen
Wie wird die kovalente Bindung auch bezeichnet?
-Atombindung
Wann liegen kovalente Bindungen in Reinkultur vor?
wenn 2 Atome mit zuwenig Atomen sich verbinden
Was sind Beispiele für kovalente Bindungen?
- Halogenide in Gasform: F ₂, Cl ₂, Br ₂, usw.
-viele typische Gase: O ₂, N ₂, NH ₃, CO ₂, usw. - Festkörper wie z.B Si, Ge, C (nur Diamant), usw.
Was ist das Grundprinzip der kovalente Bindung?
- Atome teilen sich die Elektronen (weil sie beide zuwenige haben)
Wozu führt die lokalisierte Elektronenverteilung?
- zu gerichteten kurzreichweitigen Bindungen
Was sind Beispiele für gerichtete kurzreichweitige Bindungen?
- Kohlenstoff
Welche Form nehmen p-Elektronenschalen an
-hantelförmig
Welchen Vorteil bringt die einfache Alpha-Bindung
- ist symmetrisch
—> ermöglicht freie Rotation um diese Bindung
Warum ist keine Rotation um die doppelte Pi-Bindung möglich?
- sie ist asymmetrisch
Wie läuft die Metallbindung ab?
-Atome geben ihre Außenelektronen an d. entstehenden Festkörper ab
—> eine Art Elektronengas entsteht innerhalb des Körpers
(dort sitzen positiv geladene Ionen)
Welche Ladung hat das Elektronengas bei der metallischen BIndung?
- negativ
Was passiert obwohl sich die Ionen bei der metallischen Bindung abstoßen?
- das negativ geladene Kontinuum des Elektronengases vermittelt eine Bindungskraft
Wie verhalten sich die Kräfte bei der metallischen BIndng?
-ungerichtet (sowie bei der Ionenbindung)
Was ist ein Metall?
-Ansammlung von Kationen in einer Wolke von Anionen
Welche Bindungen sind primär (starke Bindungen)
- ionisch
-kovalent
-metallisch
Warum heißen schwache Bindungen sekundär?
-sie wirken (nicht bei Edelgaskristall) zwischen Molekülen
—> werden durch starke Primärbindungen zusammengehalten
Was versteht man unter der Van-der-Waals Bindung
-kommt von den anziehenden Kräften zwischen günstig orientierten elektrischen Dipolen
Wie unterteilt man die Van-der-Waals Bindung?
- permanente und temporäre elektrische Dipole
Welche Bindung geht Wasserstoff normalerweise ein?
- kovalente Bindung
Was nennt man plastische Verformbarkeit auch?
-Duktilität
Welche verschiedenen Werkstoffgruppen gibt es?
-Metalle
-Keramik
-Polymeren.
Welche Strukturen können Werkstoffe besitzen?
-amorphe (auch glasige)
-kristalline
Wie ist die atomare atomare Anordnung bei Gläsern?
-ungeordnet
Was für eine Ordnung besitzen Gläser?
- eine Nahordnung
—> keine langreichweitige, periodische Ordnung (Fernordnung)
Was für eine Ordnung besitzen Kristalle?
-langreichweitige, periodische Ordnung (Fernordnung)
Wie bilden sich Gläser?
- wenn den Atomen/Molekülen keine Zeit zur Umordnung in eine periodische Struktur bleibt
Was sind Kristalle?
- regelmäßige, periodische Anordnung von Atomen/Molekülen
Was existiert neben der Nahordnung auch noch?
-Fernordnung
Was versteht man unter Fernordnung?
- wenn d. Richtungsvektor zw. 2 Vektoren multipliziert, zeigt der neue Vektor exakt wieder auf ein Atom im Kristall
Was sind die wichtigsten Gittertypen?
-kubisch flächenzentriert (kfz o. fcc)
-hexagonal dichteste Packung (hdp o. hcp)
-kubisch raumzentriert (krz o. bcc)
Welcher Zustand ist bei tiefen Temperaturen der thermodynamisch stabilste Zustand?
-kristalliner Zustand
Was sind die Eigenschaften vom kubisch zentrierten Gittertyp?
- 4 Atome pro Elementarzelle, dichteste Kugel-Packung
-4 Atome pro Elementarzelle
-Koordinationszahl 12
-74% Raumerfüllung
Was sind die Eigenschaften der hexagonal dichtesten Packung?
-6 Atome pro Elementarzelle
-Koordinationszahl 12
-74% Raumerfüllung-> dichtest mögliches Maximum
Was sind die Eigenschaften des kubisch raumzentrierten Gittertyps?
-2 Atome pro Elementarzelle, nicht dichteste Kugel-Packung
-Koordinationszahl 8
-68% Raumerfüllung
-ideale Raumausfüllung wird durch z.B kovalenten Bindungsanteil verhindert
Welche Kristallsysteme und Bravais-Gitter gibt es?
-kubisch
-tetragonal
-hexagonal
-rhomboedrisch
-Orthorhombisch
-Monoklin
-Triklin
