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  Chemie - Metalle 3



Unter dem Mikroskop ist nach entsprechender Bearbeitung der Oberfläche die Gitterstruktur erkennbar. Nicht nur einfache Atome bzw. Ionen können Kristallgitter bilden, sondern auch Moleküle und deren Gruppen. Auch ist die Kristallbildung nicht nur auf Metalle beschränkt, wie allein schon das Beispiel der Eiskristalle zeigt. Die Bezeichnung 'kristallin' beinhaltet nur den Hinweis auf eine Ordnung in der Struktur. Diese kann sich auf Teilbereiche oder eine Gesamtstruktur beziehen.


'Kristallisieren' heißt, dass sich Atom unter bestimmten Bedingungen in einer bestimmten Form anordnen. Im Beispiel oben ist jeweils ein Atom auf den Ecken eines Kubus (Würfels) angeordnet, ist aber besonders für die Metalle ohne Bedeutung, die uns im Verlauf dieses Kapitels interessieren. Dazu gehören z.B. Wolfram (W), Chrom (Cr), Tantal (Ta), Niob (Nb) und Molybdän (Mo), die sich wie im Bild unten gezeigt anordnen. Die Packungsdichten liegen bei 68 oben und 74 Prozent unten.


Zusätzliches Atom im Schnittpunkt der Raumdiagonale

Man nennt das Gitter auch kubisch-raumzentriert, was man besser verstehen kann, wenn man es mit dem kubisch-flächenzentrierten Gitter unten vergleicht. Dieses kommt bei z.B. Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Aluminium (Al), Silber (Ag) und Gold (Au) vor. Erstes Ergebnis: Diese beiden Anordnungen erlauben ein deutlich kompakteres Package als die erste oben.


Zusätzliche Atome in den Schnittpunkten der Flächendiagonalen

Die nächste Struktur ermöglicht die gleiche Packungsdichte von 74 Prozent. Das wird diesmal durch eine hexagonale (secheckige) Anordnung rund um ein Atom erreicht. Dazwischen eine (Bild unten) oder zwei (Bild darunter) Dreiergruppen, die ebenfalls dicht zueinander rückt und zumindest jeweils drei der sechs Lücken füllen.


Die Anordnung oben ist z.B. typisch für Magnesium (Mg), Zink (Zn), Zircon (Zr) und Cadmium (Cd). Das für uns so wichtige Eisen (Fe) und auch Titan (Ti), Cobalt (Co), Zinn (Sn) und Mangan (Mn) können je nach Temperatur verschiedene Gitterstrukturen bilden. Unten gruppieren sich zwei Dreiergruppen gegeneinander um 120° verdreht zwischen den hexagonalen Ringen.


In diesen Gitterstrukturen ordnen sich Metalle an, wenn sie z.B. beim Erkalten vom flüssigen in den festen Zustand übergehen. Flüssigkeiten sind ja grundsätzlich ungeordnet. Da es aber stets verschiedene Kristallisationskerne bei beginnender Festigkeit gibt, passen die so gebildeten Strukturen nur selten zusammen. Fehler bei den Gitterplätzen findet man immer in sogenannten 'Realstrukturen'.

Aber auch innerhalb einer einzigen Gitterstrukur sind Fehler möglich, z.B. dass ein Gitterplatz nicht besetzt ist. Solche Fehler sind umso häufiger, je höher die Temperatur ist. Technisch können Gitterfehler eine Verbesserung bringen, aber auch im Hinblick auf die geforderten Eigenschaften schaden. Deshalb gibt es das Streben, Eigenschaften zu beeinflussen. Man nennt das Wärmebehandlung, die nicht nur die Abkühlung, sondern zwischendurch auch eine Erhöhung der Temperatur beinhalten kann, z.B. beim Härten und Anlassen.







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