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Werkstoffkunde > Atomarer Aufbau > Flashcards

Atomarer Aufbau Flashcards

1
Q

Was sind Atome?

A

Die elektrisch neutralen Grundbausteine der Materie

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2
Q

Woraus bestehen Atome

A

Atome bestehen aus einem positiv geladenen Kern und einer negativen Atomhülle.

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3
Q

Wie nennt man die positiv geladenen Teilchen im Atom?

A

Protonen

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4
Q

Wo befinden sich die Protonen?

A

Im Kern des Atoms

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5
Q

Wie nennt man die negativ geladenen Teilchen im Atom?

A

Elektronen

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6
Q

Wo befinden sich die Elektronen?

A

In der Atomhülle

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7
Q

Was ist die typische Größenordnung des Atomkerns?

A

∅ Atomkern ≈ 10 ⁻ ¹ ⁴m

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8
Q

Was ist die typische Größenordnung der Atomhülle?

A

⌀ Atomhülle ≈ 10 ⁻ ¹ ⁰ m = 0,1 nm

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9
Q

Was sind Ionen?

A

Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle

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10
Q

Warum sind Ionen elektrisch geladen?

A

-Ladung beruht auf Unterschied i.d Anzahl d. Elektronen i. d. Hülle und der der Protonen im Kern

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11
Q

Wie nennt man die Anzahl der Protonen?

A

Kernladungszahl Z oder Ordnungszahl

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12
Q

Wie viele Elemente sind bisher entdeckt worden?

A

118 (davon 92 in der Natur vorkommend)

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13
Q

Wie werden die chemischen und physikalischen Eigenschaften eines Elements bestimmt?

A

Durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen

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14
Q

Warum sind Atome elektrisch neutral?

A

Weil sie gleich große, entgegengesetzte Ladungen haben

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15
Q

Wie findet man die Anzahl der Schalen eines Atoms heraus

A

Mithilfe der Periodengruppen im Periodensystem
(1. Gruppe= 1 Schale, 2. Gruppe= 2 Schalen,…)

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16
Q

Wie charakterisiert man die Elektronenzustände

A

Durch die 4 Quantenzahlen
—> n, l, m ₁, m ₛ

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17
Q

Welche Quantenzahl definiert N=1,2,3,…,8

A

Die Hauptquantenzahl
—> K-, L-, M-, N-,… Schale

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18
Q

Welche Quantenzahl definiert L=0,1!…(n-1l)

A

Die Nebenquantenzahl (für mehrere Elektronen auf einer Schale) (0=s, 1=p, 2=d)

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19
Q

Was beschreibt die Nebenquantenzahl (L)

A

Die Aufenthaltsräume der Elektronen auf den Schalen

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20
Q

Was definiert die Quantenzahl m ₁?

A

Die magnetische Quantenzahl (-L…-1,0,1,…L)

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21
Q

Was definiert die Quantenzahl m ₛ?

A

Die Spinquantenzahl (+1/2 oder -1/2)

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22
Q

Wie bezeichnet man positiv geladene Atome?

A

Als Kationen (+)

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23
Q

Wie bezeichnet man negativ geladene Atome?

A

Als Anionen (-)

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24
Q

Wie entstehen Moleküle?

A

Durch energiegewinnende Wechselwirkung (Bindungen) der äußeren Elektronen (Valenzelektronen) verschiedener oder gleicher Atome

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25
Q

Was strebt jedes Molekül an?

A

Edelgaszustand (volle Schalen)

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26
Q

Was ist ein Werkstoff?

A

-Festkörper
-aus Atomen, Molekülen, Ionen

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27
Q

Wie wird der Abstand zwischen Atomen bestimmt?

A
  • durch Wechselwirkung d. Valenzelektronen
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28
Q

Welche Bindungen gibt es?

A
  • primäre (starke) Bindungen
    -sekundäre (schwache) Bindungen
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29
Q

Welche der beiden Bindungen ist die schwache bzw. die starke

A

-primär —> stark
-sekundär —> schwach

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30
Q

Was sind die Merkmale der primären Bindung?

A

-Ionenbindung
-kovalente (Atom-) Bindung
-metallische Bindung

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31
Q

Was sind die Merkmale der sekundären Bindung?

A
  • Van-der-Waals Bindung
  • Wasserstoffbrückenbindung
    -Dipol-Bindung
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32
Q

Wie treffen die sekundären und primären Bindungen in Werkstoffen auf?

A

-können nicht nur einzeln sondern gemischt auftreten
- Beispiel Keramiken: besitzen Ionen- und kovalente Bindungsanteile

33
Q

Wie können Bindungstypen beschrieben werden?

A
  • durch ein Kugel-Feder-Modell
34
Q

Woraus setzt sich das Wechselwirkungspotenzial beim Kugel-Feder-Modell zusammen?

A
  • aus einem attraktiven (anziehenden) und repulsiven (abstoßenden) Teil (Wges = Wa + Wr)
35
Q

Was entspricht die Bindungsenergie? (VL19 F.19)

A

Tiefe des Potentialtopfes

36
Q

Womit hängt die thermische Ausdehnung zusammen?

A

-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

37
Q

Womit hängt der Elastizitätsmodul zusammen?

A

-proportional zur Krümmung des Potenzialtopfes

38
Q

Was ist besonders an einer Ionenbindung?

A

-einfachste Bindungsart

39
Q

Wie lässt sich die Ionenbindung verstehen

A

-anziehende Wechselwirkung zweier ungleichnamig geladener ,,harter‘‘ Kugeln

40
Q

Wie sind die elektrostatischen Kräfte bei Ionen?

A

-anziehend
-ungerichtet

41
Q

Wie wirken sich die Kräfte der Ionenbindungen auf alle Richtungen aus?

A

-immer die selben

42
Q

Wo treten bevorzugt Ionenbindungen mit statischen Kräften auf?

A
  • bei Elementen mit stark unterschiedlicher Elektronegativität (Bedingung Ladungsausgleichung)
43
Q

Worauf beruht die kovalente Bindung?

A

-stark vereinfacht auf der Bildung gemeinsamer Elektronenbahnen durch das Überlappen von Schalen

44
Q

Wie wird die kovalente Bindung auch bezeichnet?

A

-Atombindung

45
Q

Wann liegen kovalente Bindungen in Reinkultur vor?

A

wenn 2 Atome mit zuwenig Atomen sich verbinden

46
Q

Was sind Beispiele für kovalente Bindungen?

A
  • 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.
47
Q

Was ist das Grundprinzip der kovalente Bindung?

A
  • Atome teilen sich die Elektronen (weil sie beide zuwenige haben)
48
Q

Wozu führt die lokalisierte Elektronenverteilung?

A
  • zu gerichteten kurzreichweitigen Bindungen
49
Q

Was sind Beispiele für gerichtete kurzreichweitige Bindungen?

A
  • Kohlenstoff
50
Q

Welche Form nehmen p-Elektronenschalen an

A

-hantelförmig

51
Q

Welchen Vorteil bringt die einfache Alpha-Bindung

A
  • ist symmetrisch
    —> ermöglicht freie Rotation um diese Bindung
52
Q

Warum ist keine Rotation um die doppelte Pi-Bindung möglich?

A
  • sie ist asymmetrisch
53
Q

Wie läuft die Metallbindung ab?

A

-Atome geben ihre Außenelektronen an d. entstehenden Festkörper ab
—> eine Art Elektronengas entsteht innerhalb des Körpers
(dort sitzen positiv geladene Ionen)

54
Q

Welche Ladung hat das Elektronengas bei der metallischen BIndung?

A
  • negativ
55
Q

Was passiert obwohl sich die Ionen bei der metallischen Bindung abstoßen?

A
  • das negativ geladene Kontinuum des Elektronengases vermittelt eine Bindungskraft
56
Q

Wie verhalten sich die Kräfte bei der metallischen BIndng?

A

-ungerichtet (sowie bei der Ionenbindung)

57
Q

Was ist ein Metall?

A

-Ansammlung von Kationen in einer Wolke von Anionen

58
Q

Welche Bindungen sind primär (starke Bindungen)

A
  • ionisch
    -kovalent
    -metallisch
59
Q

Warum heißen schwache Bindungen sekundär?

A

-sie wirken (nicht bei Edelgaskristall) zwischen Molekülen
—> werden durch starke Primärbindungen zusammengehalten

60
Q

Was versteht man unter der Van-der-Waals Bindung

A

-kommt von den anziehenden Kräften zwischen günstig orientierten elektrischen Dipolen

61
Q

Wie unterteilt man die Van-der-Waals Bindung?

A
  • permanente und temporäre elektrische Dipole
62
Q

Welche Bindung geht Wasserstoff normalerweise ein?

A
  • kovalente Bindung
63
Q

Was nennt man plastische Verformbarkeit auch?

A

-Duktilität

64
Q

Welche verschiedenen Werkstoffgruppen gibt es?

A

-Metalle
-Keramik
-Polymeren.

65
Q

Welche Strukturen können Werkstoffe besitzen?

A

-amorphe (auch glasige)
-kristalline

66
Q

Wie ist die atomare atomare Anordnung bei Gläsern?

A

-ungeordnet

67
Q

Was für eine Ordnung besitzen Gläser?

A
  • eine Nahordnung
    —> keine langreichweitige, periodische Ordnung (Fernordnung)
68
Q

Was für eine Ordnung besitzen Kristalle?

A

-langreichweitige, periodische Ordnung (Fernordnung)

69
Q

Wie bilden sich Gläser?

A
  • wenn den Atomen/Molekülen keine Zeit zur Umordnung in eine periodische Struktur bleibt
70
Q

Was sind Kristalle?

A
  • regelmäßige, periodische Anordnung von Atomen/Molekülen
71
Q

Was existiert neben der Nahordnung auch noch?

A

-Fernordnung

72
Q

Was versteht man unter Fernordnung?

A
  • wenn d. Richtungsvektor zw. 2 Vektoren multipliziert, zeigt der neue Vektor exakt wieder auf ein Atom im Kristall
73
Q

Was sind die wichtigsten Gittertypen?

A

-kubisch flächenzentriert (kfz o. fcc)
-hexagonal dichteste Packung (hdp o. hcp)
-kubisch raumzentriert (krz o. bcc)

74
Q

Welcher Zustand ist bei tiefen Temperaturen der thermodynamisch stabilste Zustand?

A

-kristalliner Zustand

75
Q

Was sind die Eigenschaften vom kubisch zentrierten Gittertyp?

A
  • 4 Atome pro Elementarzelle, dichteste Kugel-Packung
    -4 Atome pro Elementarzelle
    -Koordinationszahl 12
    -74% Raumerfüllung
76
Q

Was sind die Eigenschaften der hexagonal dichtesten Packung?

A

-6 Atome pro Elementarzelle
-Koordinationszahl 12
-74% Raumerfüllung-> dichtest mögliches Maximum

77
Q

Was sind die Eigenschaften des kubisch raumzentrierten Gittertyps?

A

-2 Atome pro Elementarzelle, nicht dichteste Kugel-Packung
-Koordinationszahl 8
-68% Raumerfüllung
-ideale Raumausfüllung wird durch z.B kovalenten Bindungsanteil verhindert

78
Q

Welche Kristallsysteme und Bravais-Gitter gibt es?

A

-kubisch
-tetragonal
-hexagonal
-rhomboedrisch
-Orthorhombisch
-Monoklin
-Triklin

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