Bindungen und Kristallstruktur Flashcards
Zwischen welchen Bindungstypen im Feststoff unterschiedet man und wo sind diese häufig zu finden?
Primärbidungen (stark)
- Ionenbindung (Tendenz: Metalle mit Nichtmetallen)
- Kovalente Bindung (Tendenz: Nichtmetall mit Nichtmetall)
- Metallbindung (Tendenz: Metall mit Metall)
Sekundärbindungen (schwach)
- Van-der-Waals-Bindung
- Wasserstoffbrückenbindung
Zeichne exemplarisch den Aufbau von einer Ionenbindung.
vgl. Folie 2
Wahr oder falsch?
Bei Ionenbindungen gibt es eine Vorzugsorientierung.
Falsch
Bei Ionenbindungen gibt es keine Vorzugsorientierung.
Wahr oder falsch?
Bei kovalenten Bindungen gibt es eine Vorzugsorientierung.
Wahr
So entstehen auch der spezifische Bindungswinkel.
Zeiche exemplarisch den Aufbau von einer kovalenten Bindung.
vgl. Folie 3
Wahr oder falsch?
Bei kovalenten Bindungen sind hohe Bindungsenergien möglich.
Wahr
Bsp. Diamant
Zeiche exemplarisch den Aufbau von einer metallischen Bindung.
vgl. Folie 6
Wie können feste Werkstoffe grundsätzlich aufgebaut sein?
Kristalliner Aufbau
Amorpher Aufbau
Wahr oder falsch?
Bei kristallinen Strukturen gibt es sowohl Nah- als auch Fernordnung.
Wahr
Wahr oder falsch?
Bei amorphen Strukturen gibt es sowohl Nah- als auch Fernordnung.
Falsch
Nur Nahordnung
Was versteht man beim Koordinationspolyeder unter der Koordinationszahl?
Zahl der nächsten Nachbarn für gerichtete und ungerichtete Bindungen.
Was versteht man unter Nahordnung?
Strukturelle Ordnung im Bereich der nächsten Nachbaratome.
Allgemein Unregelmäßige Wiederholung der Polyeder.
Was lässt sich zu der Intensität der Bindungen bei amorphen Strukturen sagen und wie kommt sie zu stande?
Bindungen unterschiedlicher Intensitäten durch unregelmäßige Atomabstände.
Wie nennt man die Temperatur bei der die Auflösung der Bindungen bei amorphen Strukturen einsetzt?
Glasübergangstemperatur Tg
Um welchen Zustand handelt es sich bei amorphen Strukturen?
Metastabiler ode instabiler Zustand, der in kristallinen Zustand übergehen kann.
Was versteht man unter Fernordnung?
Räumlich und über größere Bereiche regelmäßige strukturelle Ordnung
Regelmäßige Wiederholung der Koordinationspolyeder.
Periodizität der Atome im Raum
Was lässt sich über die Intensität der Bindungen kristalliner Strukturen sagen?
Gleichmäßige Bindungen durch regelmäßige Atomabstände
Wie nennt man die Temperatur bei der die Auflösung der Bindung von kristallinen Strukturen einsetzt?
Schmelztemperatur Tm
Um welchen Zustand handelt es sich bei kristallinen Strukturen?
Stabiler Zustand
Zeichne den Graphen zur Erstarrung von Festkörpern.
vgl. Folie 13
Wie erfolgt die Beschreibung der Gitterstrukturen?
Elementarzelle
Wie viele Kristallsysteme gibt es?
7
Wie viele Bravais-Gitter gibt es?
14
Worum geht es?
Unendliche Anordnung von Punkten, und alle Punkte sind äquivalent, so dass von jedem Punkt aus gesehen die Anordnung identisch ist.
Bravais-Gitter
Zeichne eine kubisch primitives, kubisch raumzentriertes (krz) und ein kubisch flächenzentriertes (kfz) Gitter.
Was gilt für die Gitterkonstanten und was gilt für die Winkel?
vgl. Folie 18
Gitterkostanten a0 = b0 = c0
Winkel sind alle gleich 90°.
Zeichne ein tetragonal primitives und ein tetragonal raumzentriertes Gitter.
Was gilt für die Gitterkonstanten und was gilt für die Winkel?
vgl. Folie 19
Gitterkostanten a0 = b0 =! c0
Winkel sind alle gleich 90°.
Zeichne ein hexagonales Gitter.
Was gilt für die Gitterkonstanten und was gilt für die Winkel?
vgl. Folie 20
Gitterkonstanten a0 = b0 =! c0
bzw. a01 = a02 = a03 =! c0
alpha = beta = 120° ; gamma = 90°
Gib die Notation der Millerschen Indizes für Punkt, kristallografische Richtung und kristallographische Ebene an.
Punkt: def
Kristallographische Richtung: [abc] bzw.
Kristallographische Ebene: (hlk) bzw. {hkl}
Beschreibe das Vorgehen bei der Punktkoordination bei den Millerschen Indizes.
vgl. Vorgehen Vektorindizierung
vgl. Folie 23
Beschreibe das Vorgehen bei kristallographischen Richtungen bei den Millerschen Indizes.
Richtungsvektor verläuft durch den Ursprung
Projektion des Vektors auf die Achsen
Länge der Projektion “messen”
Kleinste ganzzahlige Werte angeben
[]
Beschreibe das Vorgehen bei kristallographischen Ebenen bei den Millerschen Indizes.
Ebene darf nicht durch Ursprung verlaufen!
(sonst Ursprung verschieben)
Schnittpunkte der Ebene mit den Achsen “messen”
In reziproke Werte umwandeln
Kleinste ganzzahlige Werte angeben
()
Achtung! Ebenen Vektor steht immer senkrecht auf die Ebene.
Wie werden Ebenen im hexagonalen System beschrieben?
(h k i l) bzw. (h k . l)
mit h + k + i = 0
Bearbeite Aufgabe 2 vom ersten Hausaufgabenblatt.
vgl. Aufzeichnungen
Wie sind kfz, krz und hdp gepackt und gestapelt?
kfz: dicht gepackt 74% (ABCABC)
krz: nicht dicht gepackt 68%
hdp dicht gepackt 74% (ABAB)
Nenne die Packungsdichte und die Koordinationszahl vom hdp Gitter.
Packungsdichte: 74%
Koordinationszahl: 12
Nenne die Packungsdichte und die Koordinationszahl vom krz Gitter.
Packungsdichte: 68%
Koordinationszahl: 8
Nenne die Packungsdichte und die Koordinationszahl vom kfz Gitter.
Packungsdichte: 74%
Koordinationszahl: 12
Ordnen Sie die Kristallstrukturen nach Ihrer Umformbarkeit. Erläutern Sie in eigenen Worten den Zusammenhang zwischen Kristallstruktur und Umformbarkeit eines Werkstoffes.
Plastische Verformungen in Metallen lassen sich auf ein Gleiten von Gitterblöcken auf Gitterebenen zurückführen. Gitterebenen sind dabei beliebig gedachte Ebene die regelmäßig mit Atomen belegt sind. Je höher die Anzahl an Gleitebenen bzw. Gleitmöglichkeiten in einer Gitterstruktur ist, desto verformbarer ist der entsprechende Werkstoff.
Verformbarkeit
kfz: sehr gut
krz: schlechter als bei kfz-Gittern (gleiche Anzahl Gleitsysteme, niedrigere Packungsdichte)
hdp: am schlechtesten
Was zeichnet eine Ionenbindung aus?
Die an der Bindung beteiligten Metallatome geben Außenelektronen ab, die von den Nichtmetallatomen aufgenommen werden. In beiden Fällen wird somit die Edelgaskonfiguration für die jeweiligen Atome erreicht. Aus dem Metallatom wird nach Abgabe der Elektronen ein positiv geladenes Ion (Kation genannt). Aus dem Nichtmetallatom wird nach Aufnahme der Elektronen hingegen ein negativ geladenes Ion (Anion genannt). Der Zusammenhalt zwischen den Metall- und Nichtmetallatomen kommt durch die elektrostatische Anziehung der entstehenden Ionen zustande.
Was zeichnet eine kovalente Bindung aus?
Es bilden sich zwischen benachbarten Atomen Brücken aus jeweils zwei Elektronen, daher auch: Elektronenpaarbindung.
Worin unterscheidet man bei kovalenten Bindungen?
Unpolare kovalente Bindung: meist zwischen Atomen gleicher Elektronegativität (Beispiel Wasserstoffgas)
Polare kovalente Bindung: meist zwischen Atomen unterschiedlicher Elektronegativität (Ausnahmen) (Beispiel Fluorwasserstoff)
Worauf beruhen Van-der-Waals-Bindungen und Wasserstoffbrückenbindungen?
Auf der Wechselwirkung zwischen Dipolen
Was sind Wasserstoffbrückenbindungen?
Ist Wasserstoff an ein stark elektronegatives Atom gebunden wird die bindende Elektronenwolke überwiegend in Richtung auf das elektronegativere Atom verzerrt und der Wasserstoffkern partiell freigelegt.
Die positive Ladung des nur schwach abgeschirmten Wasserstoffkerns wird durch die negative Elektronenladung benachbarter Moleküle angezogen.
Wie viele Atome sind in einer Elementarzelle (hdp)?
6
Wie viele Atome sind in einer Elementarzelle (kfz)?
4
Wie viele Atome sind in einer Elementarzelle (krz)?
2
Wie viele dichtest besetzte Ebenen und wie viele dichtest besetzte Richtungen gibt es bei hdp Gittern?
DBE: 1
DBR: 3
Wie viele dichtest besetzte Ebenen und wie viele dichtest besetzte Richtungen gibt es bei kfz Gittern?
DBE: 4
DBR: 3
Wie viele dichtest besetzte Ebenen und wie viele dichtest besetzte Richtungen gibt es bei krz Gittern?
DBE: 6
DBR: 2
Was zeichnet metallische Bindungen aus?
Die Metallatome geben untereinander alle ihre Außenelektronen ab und erreichen somit die Edelgaskonfiguration. Die Metallatome werden nach Abgabe der Elektronen zu positiv geladenen Kationen. Zwischen diesen positiv geladenen Atomrümpfen bilden die abgegeben Elektronen das sogenannte Elektronengas, da sich die Elektronen praktisch wie in einem Gas frei im Gitter bewegen können. Der Zusammenhalt der Atome kommt durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den positiven Atomrümpfen und dem negativen Elektronengas zustande.
Wie werden die Elektronen bezeichnet, die für das Bindungsverhalten maßgeblich sind?
Valenzelektronen
Skizziere die Kraft-Atomabstandskurve für die anziehenden und abstoßenden Kräfte sowie die resultierende Kraft.
vgl. Aufzeichnungen
Skizziere die Energie-Atomabstandskurve für die anziehenden und abstoßenden Energien sowie die resultierende Energie.
vgl. Aufzeichnungen
Von welchen Kräften hängt die Elastizität eines Werkstoffes ab?
Bindungskräfte
Energie-Atomabstandskurve für die anziehenden und abstoßenden Energien sowie die resultierende Energie.
Erkläre warum sich Werkstoffe bei Temperaturerhöhung ausdehnen.
Die Temperaturerhöhung führt dazu, dass die Energie im System erhöht wird. Dadurch werden die Atome mehr in Schwingung versetzt und nehmen mehr Volumen ein.
Unter welchen Voraussetzungen nimmt ein Werkstoff kristalline Struktur an?
Kristalliner Zustand wird energetisch bevorzugt.
Amorphe Strukturen bilden sich nur unter bestimmen Vorraussetzungen (Eingeschränkte Beweglichkeit, ungünstige Geometrie)
