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Die Eigenschaften von Werkstoffen lassen sich auf den stofflichen Aufbau zurückführen. Zwischen den Eigenschaften der "Mikrowelt" (Atomaufbau) und der "Makrowelt" (z. B. Farbe, Leitfähigkeit) herrscht ein Zusammenhang. Damit dieser Zusammenhang besser verstanden werden kann, muss man sich erstmal mit den chemischen und physikalischen Grundlagen einer Bindung bzw. dem Atomaufbau beschäftigen. Warum muss man sich mit den Bindungstypen beschäftigen Da viele Werkstoffe zu der Klasse der metallischen Werkstoffe gehört, sind viele der Meinung, für die Bindung in Werkstoffen müsste man nur die Metallbindung kennen. Wie Beeinflusst Die Kristalline Struktur Ein Mineral? | 4EverPets.org. Dies stimmt aber nicht ganz, denn in Werkstoffen kommen auch kovalente Bindungen sowie Ionenbindungen vor. Grundlagen des Atomaufbaus Bevor man sich mit den Bindungstypen beschäftigen kann, sollte man sich erst einmal mit dem Atomaufbau beschäftigen. Da sich eine ausführliche Erklärung im Bereich Chemie/Physik auf Lernort-mint findet, wird hier nur eine Zusammenfassung beschrieben: Alle Materialien werden aus Atomen aufgebaut: Dabei bestehen Atome aus einem (Atom)Kern und einer (Atom)Hülle.
Dass das Radienverhältnis der Anionen und Kationen solchen Einfluss hat, liegt daran, dass es von der Größe der Ionen abhängt, wie viele Anionen um ein Kation passen und umgekehrt. Das Radienverhältnis bestimmt also die Koordinationszahl. Betrachtet wird in der Regel das Verhältnis von Kationenradius r K zu Anionenradius r A, also das des kleineren Radius zum größeren, sodass sich Werte <1 ergeben. Ist r K /r A klein, so bedeutet dies, dass es sich um ein kleines Kation handelt, um das sich nur wenige große Anionen lagern können, da diese sich gegenseitig abstoßen, die Koordinationszahl ist also klein. Überblick | SpringerLink. Je größer das Kation ist bzw. je kleiner die Anionen sind, je größer also r K /r A ist, desto mehr Anionen passen um ein Kation herum, die Koordinationszahl wird dementsprechend größer. Anhand des Radienverhältnisses kann man Vorhersagen treffen, welche Kristallstruktur wahrscheinlich vorliegt. Da jedoch auch andere Faktoren die Kristallstruktur beeinflussen, ist der Wert des Radienverhältnisses nicht allein ausschlaggebend.
Elektronenkonfiguration an. Diese ist eine Weiterentwicklung des Bohrschen Atommodells nach Sommerfeld (in diesem Kapitel soll nur die Methode aufgezeigt werden, nicht der theoretische Hintergrund): In jedes s-Orbital passen 2 Elektronen, in ein p-Orbital 6 Elektronen und in ein d-Orbital 10 Elektronen. Reihenfolge der Orbitale 1s 2s 2p 3s Anzahl der Elektronen = Anzahl der Protonen Beispiel: Elektronenkonfiguration von Natrium -> Natrium steht an 11. Stelle im PSE -> 11 Protonen bedeutet 11 Elektronen, die nun verteilt werden. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Die Zahl vor dem Buchstaben gibt die sog. Hauptquantenzahl n an, darunter versteht man, um welche Elektronenschale es sich handelt (K-Schale, L-Schale, … siehe Periodensystem). Der Buchstabe (s, p, d oder f) gibt die sog. Nebenquantenzahl l an, und beschreibt das "Unterniveau" der Schale, z. ob sie ellipsenförmig ist. Hinter dem Buchstaben steht (meist hochgestellt) die Anzahl der Elektronen in diesem Orbital. Diese beruhen auf der sog. Magnetquantenzahl m(l) und beschreibt die Orientierung der Bahn im Raum und auf der sog.
Als Gitterstruktur bezeichnet man den regelmäßigen Aufbau von Metallen. Charakterisiert wird die Gitterstruktur durch die Elementarzelle. Einleitung Metalle nehmen im Maschinenbau eine wichtige Rolle ein. Sie sind im Vergleich zu anderen Stoffen relativ hoch belastbar, besitzen aber dennoch eine ausreichende Duktilität (Verformbarkeit), um unter Belastung nicht sofort zu brechen. Zudem besitzen Metalle eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit, was diesen Werkstoffen ein breites Anwendungsspektrum verleiht. Aufgrund dieser besonderen Stellung der Metalle im Maschinenbau wird im Folgenden auf deren atomaren Aufbau näher eingegangen. Metallbindung Im Kapitel Metallbindung wurde der Aufbau von Metallen in Kürze bereits erläutert. So geben die Metallatome im Atomverbund alle ihre Außenelektronen ab und erreichen auf diese Weise die Edelgaskonfiguration. Es bleiben elektrisch positiv geladene Metallionen zurück (Kationen), die in der Gitterstruktur dann auch als Atomrümpfe bezeichnet werden.
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