Werkstoffe aus der Sicht der Strukturlehre Amorphe Werkstoffe Nur lokale atomare Anordnung Gleiche Abstände zwischen den Nachbaratomen Kristalline Werkstoffe Lokale und globale atomare Anordnung 3D Periodizität
Periodizität in kristallinen Werkstoffen Eindimensional Dreidimensional t3 t1 t2 Zweidimensional t1 t2 t1
Kristallchemische Bindungskräfte Van der Waals: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Coulombische Kraft: Ionenkristalle – NaCl, LiF, NaI, CsCl Metallische Bindung – positiv geladene „Atome“, die in ein Elektronengas eingebettet sind; schwache Bindung. Kovalenzbindung: starke Bindung zwischen Elektronen – Diamant, Si, Ge Bestimmen die mechanischen, optischen, thermischen und magnetischen Eigenschaften der Werkstoffe Festkörperphysik und Festkörperchemie
Van der Waals Bindung Lennard-Jones Potential Repulsive (abstoßende) Kraft Anziehungskraft
Wechselwirkung zwischen positiv und negativ geladenen Ionen Ionenkristalle Wechselwirkung zwischen positiv und negativ geladenen Ionen Repulsive (abstoßende) Kraft Anziehungskraft (Coulomb Potential) Starke Bindung Ionenkristalle sind hart und haben einen hohen Schmelzpunkt
Metalle Elektronen werden unter Atomen geteilt – gute elektrische Leitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit, Undurchsichtigkeit, hohe optische Reflektivität (Glanz) Die Energie im kondensierten Zustand ist kleiner als die Summe der Energien einzelner Atome
Kovalente Kristalle Die Atome in der Kovalenzbindung tragen jeweils mit einem Elektron zu der Bindung bei Als Folge der Kovalenzbindung beobachtet man tetraedrische Anordnung der Atome – jedes Atom ist in der Regel an 4 andere Atome gebunden
Wie kann man die Kristallstruktur vorhersagen? Aus der Affinität oder Elektronenkonfiguration der beteiligten Atome (Quantenmechanik) Aus der Anzahl an Valenzelektronen Aus der Größe der Atome (aus den Atomradien)
2 r 2 r 2 r.√2 2 r.√2 Maximale Größe des inneren Atoms 2 r 2 r.√3
Oktaedrische Atomlage Maximale Größe des inneren Atoms
Tetraedrische Atomlage Maximale Größe des inneren Atoms
Atomzahl