Kapitel 1:Einleitung Flashcards
1) Nennen Sie drei Beispiele von Festkörpermaterialien, die im Altag von Bedeutung sind.
- Solarzellen (Si)
- LED (Ge)
- Batterien (Li)
2)Welche Vorraussetzungen muss ein Material erfüllen, damit Neutronen- oder Röntgenbeugungsexperiment scharfe Reflexe beobachtet werden können?
- Beugung tritt auf, wenn der Abstand der Gitterlimniendes Beugungsgitters in der Größenordnung der Wellenlänge der auftreffenden Wellen (1 pm bis 10 nm) entspricht dem Abstand der Atome in Kristallen.
- …?
3) Beschreiben Sie die wichtigen Energiebeiträge, welche beim Aufbau von Festkörpern auftreten werden.
- Bindungsenergie (kovalente FK gerichtete Kräfte, Kurzreichweitig
- Gitterenergie (ionische FK, ungerichtete WW, mittlere Reichweite
- Elektronische Bandstruktur (Bei Halbleitern und Metallen (z.B Bandlücke langreichweitig) (metallische Bindung)
4) In welchen Größenbereich sind Nanopartikel angesiedelt?
Objekte, die in 1,2 oder 3 Dimensionen eine Größe von 1 bis 100 nm aufweisen (wenigen bis einigen tausend Atome oder Moleküle.
Interessant, da dort Quanteneffekte auftauchen.
5) Grenzen Sie mikroporös, mesoporöse und makroporöse Materialien gegeneinander ab.
Nanopartikel zw. 0.1 mykro-m bist 1 nm (10 Angström)
- Aufteilung in
1) makroporös 100nm - 50 nm
2) mesoporös 50-2 nm
3) mikroporös 2-1 nm
6) Was versteht man unter Quantum Confinement?
Je kleiner ein Teilchen wird (Bsp. Abnahme der Größe von FK bis Molekül) wird die Bandlücke zwischen Leitungsband und Valenzband immer größer. Dadurch wird das Energiespektrum diskret
-> Blauverschiebung (in niedrigere Wellenlängen)
7) Welcher der in FK relevanten Bindungsenergien sind lang- bzw. kurzreichweitig, welche führen zu anistropen Eigenschaften?
1) ionisch (Coulomb) mittlere Reichweite, ungerichtet
2) kovalent (Bindungsenergie + vdW.) kurzreichweitig, gerichtet
3) metallisch (COOP = cristal orbital overlap) langreichweitig, ungerichtet
anisotrop: gerichtet
9) Diskutieren Sie das Problem der Atom- und der Ionen-, bzw. vdW Radien am Beispiel Na bzw, K und Cl.
Ionenradius: Kann nicht genau bestimmt werden, da die Sphären der Ionen nicht hart sind, sondern elatisch. Die Radien werden durch den gegensätzlich geladenen Bindungspartner und der Koordinationszahl beeinflusst. Der Bindungsradius wird hier über die Elektronendichte bestimmt. (Als Referenz wird Oxid mit 140 pm genommen)
vdW-Radius: Der entstandene Dipol kann von den entstandenen Dipolen der Nachbarmoleküle angezogen werden. Es gibt eine schwache, kurzweitige Anziehungskraft -> “London dispersion force” fällt sehr schnell stark mit der Distanz ab
vdW Radien auch nur durch spährische Näherungen bestimmt
Atomradien: Für die Bindungslänge (Atomabstand) wird die Summer der Einzelradien (kovalenzradien) genommen. Weiterhin muss die Bindungsordnung abgeschätzt werden. Kovalenzradien sind auch nur Näherungen, da die Bindungsabständenicht nur von der Art der direkt verbundenen Atome, sondern auch in geringerem Maße von der Art der zusätzlich mit den betreffenden Atomenen verbundenen Atomgruppen abhängt. Auf die Bindungslänge wirkt sich auch die Elektronegativitätsunterschiede aus, Wird der Unterschied größer wird die Bindungslänge verkürzt.
Bei kleinen Atome treten Anomalien weger der verstärkten Abstoßungskräfte auf -> Bindungslängen stets größer als die aus Kovalenzradien gemessen.
11) Was versteht man unter einer Metallischen Bindung?
Chemische Bindung, wie sie bei Metallen und Legierungen vorliegt. Starke Kennzeichnung durch das Auftreten von frei beweglichen (delokalisierten) Elektronen im Metallgitter (-> u.A Verantwortlich für die Leitfähigkeit, metallischer Glanz und Duktilität). Verursachung durch elektrostatische Anziehungkräfte zwischen Metallionen und freien Elektronen
Tritt nur bei reinen Metallen oder Legierungen auf.
12) Geben Sie Regeln auf der Basis der Elektronegativität an, welche zu
a) kovalenten Bindungen
b) Ionenkristallen oder
c) Metallen führen
Über die Summe und Differenz der Elektronegativität.
a) kovalent (Summe = groß, Differenz = klein)
b) ionische (Summe = mittel, Differenz = groß)
c) metallisch (Summe = klein, Differenz = klein)
13) Geben Sie drei geometrische Argument an, welche die Struktur nicht-kovalenter Festköroer bestimmt.
- Das Bestreben nach bestmöglicher Raumerfüllung, d.h hoher Dichte, Optimierung der binden WW und Gitterenergie
- Das Bestreben nach hoher Symmetrie
- Das Bestreben nach hochgradiger Vernetzung
14) Wie kann das Bestreben nach bestmöglicher Raumerfüllung auf ein energetisches Argument zurückgeführt werden?
Optimierung der bindenden WW und Gitterenergie
15) Wie kann das Bestreben nach hoher Symmetrie auf ein energetisches Argument zurückgeführt werden?
k.A
16) Welche Bindungsarten liegen den elektronischen Leitern, Isolatoren oder Halbleitern zugrunde?
Metall: (elektronischer Leiter) Bandüberlappung von VB und LB
HL: kleiner Bandabstand
Isolator: großer Bandabstand
17) Was versteht man unter einem Strukturtyp
Strukturtyp:
- bestimmte Atomanordnung ein einem kristallinen FK
- Name: Nach der zuerst strukturell charakterisierten Verbindung NaCl-Typ, Cu-Tyo usw.
- Isotypie: Gleiche Raumgruppe, ähnliche Gitterkonstanten, ähnliche Lageparameter
