Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II an der Hochschule Darmstadt

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Worauf basiert der Aufbau der Materie?

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Was sind die Eigenschaften der PSE?

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welche Bindungsarten haben die technische Werkstoffe? Was anstreben die Elemente bei diesen Verbindungen? Und was sind die Nebenbindungen?

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Was ist Elektronegativität? wie sieht bei der PSE aus?

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Beschreiben Sie die Ionenbindung? (5)

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Was sind die Eigenschaften der kovalenten Bindung (Elekronenpaarbindung)?

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Beschreiben Sie die Metallbindung?

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Beschreiben Sie  die Sekundärbindungen?

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beschreiben Sie die Van der Waal'sche Bindungen?

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Bei idealer Gaszustand: wie sind die Bindungen, Teilchen und ihren Bewegung?

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Bei idealer Festkörperzustand:

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Flüssiger Zustand: 

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Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Worauf basiert der Aufbau der Materie?
  1. Der atomare Aufbau basiert auf den Kern, welcher in sich Protonen bzw. Neutronen beinhaltet und umgebenden Elektronen.
  2. Diese Elektronen bewegen sich auf den Kern umhüllenden Schalen.
  3. Atome sind nach außen elektrisch neutral.
  4. Der Anzahl der positiven Kernladungen (Protonen) nennt man Kernladungszahl.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Was sind die Eigenschaften der PSE?
  1. Die Hauptgruppen sind spaltenweise eingetragen und die Spaltennummer entspricht der Hauptgruppennummer.
  2. Atommasse, Ordnungszahl und Elektronegativität steigen vom Links nach Rechts und vom Oben nach Unten.
  3. Metallische Charakter der Elemente steigt auch vom Oben nach Unten, aber vom Rechts nach Links, das heißt die Metalle stehen im PSE Links und besitzen 1-3 Elektronen auf der Außen-schale, die in chemischen Verbindungen zu abgeben sind.
  4. Leitfähigkeit der Metalle ist hoch ABER mit Temperatur abnimmt,,,,,,, Die  HALBmetalle sind  HALBleitend ABER mit Temperatur zunimmt ,,,,,,,, Die Nichtmetalle sind Isolatoren.
  5. Übergangselemente zählt man zu den Metallen, und zusammen stellen mit den Metallen 75% der Element dar.

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welche Bindungsarten haben die technische Werkstoffe? Was anstreben die Elemente bei diesen Verbindungen? Und was sind die Nebenbindungen?
Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung, die streben bei diesen Verbindungen eine Edelgaskonfiguration an.
Nebenbindungarten sind Dipolbindung und Van der Waals-Bindung.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Was ist Elektronegativität? wie sieht bei der PSE aus?
Sie beschreibt die quantitative Anziehungskraft eines Atoms auf ein Elektron.
  1. Sie nimmt von links nach recht zu. 
  2. das heißt Fluor und Sauerstoff als Nichtmetalle üben große Anziehungskräfte aus.
  3. Metallatome hingegen weisen eine niedrige Elektronegativität auf und sie geben daher leicht Elektron ab.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Beschreiben Sie die Ionenbindung? (5)
  1. Typische Bindung für Metallelemente  und Nichtmetallelemente.
  2. Die elektro negativen Elemente geben Elektronen ab.
  3. Es handelt sich um Redox-Reaktion.
  4. Durch den Elektronenübergang geht die elektrische Neutralität verloren.
  5. Es bilden sich Kationen und Anionen, deren Existenz auch bei der Dissoziation in Lösungen erhalten bleibt.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Was sind die Eigenschaften der kovalenten Bindung (Elekronenpaarbindung)?
  1. Finden vorwiegend bei Nichtmetalle typischerweise bei Gasen (in Molekülform, Cl2, H2, O2).
  2. Die beide Elemente liegen die gleiche oder ähnliche Elektronegativität vor.
  3. Es erfolgt keinen Elektronenübergang, sondern die Reaktionspartnern teilen sich die Elektronen.
  4. Diese Bindung ist sehr stabil, für z.B keramische oder polymere Werkstoffe.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Beschreiben Sie die Metallbindung?
  1. Metalle geben leicht Elektronen ab.
  2. Beim Erstarren aus einer Schmelze ordnen sich die Metallatome in einem regelmäßigen dreidimensionalen Abstand zueinander an.
  3. Elektronen in den Außenschalen werden spontan freigegeben und bewegen sich frei zwischen den Atomrümpfen als Elektronengas.
  4. Die Atomrümpfe sind positiv geladene Ionen, die sich aufgrund ihrer gleichgearteten Ladung abstoßen, aber durch das Elektronengas zusammengehalten werden.
  5. Metallatome bilden dichte Atompackungen und gleichmäßigen Kristallgitter.

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Beschreiben Sie  die Sekundärbindungen?
  1. Bei Ionen- und kovalenter Bindungen tritt ein Polarisierung auf, weil durch ungleiche Ladungsverteilung Dipole entstehen.
  2. Man kann Dipole durch die Differenz der Elektronegativität der beteiligten Elemente quantifizieren.
  3. Für Nichtmetallische Bindungen nimmt die Polarität mitsteigender Elektronegativität zu. z.B:                H-H(Elektronegativität=0)                 F-H(Elektronegativität=1,9)
  4. Polarisierung führt zu Wechselwirkung mit den Molekülen und erzeugen zwischenmolekulare Bindungen
  5. Wassermoleküle lagern sich daher oft an feste Stoffe und lockern den zwischenmolekularen Zusammenhalt auf, die Feststoffe werden weicher z.B (Holz, Polyamid).

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

beschreiben Sie die Van der Waal'sche Bindungen?
-Sie bilden sich durch die Bewegung der Elektronen im Raum aus. "Dispersionskräfte"
-Die Rotation der Elektronen um den Kern verursacht kurzzeitige Ladungsverschiebungen, die sich in einem schwachen elektrischen Feld äußern.
-Atome und Moleküle müssen daher dicht beieinander liegen.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Bei idealer Gaszustand: wie sind die Bindungen, Teilchen und ihren Bewegung?
-Die Bindungen sind völlig aufgehoben (keine Bindungen).
-Die Teilchen haben einen sehr großen Abstand zueinander und ihre Bewegung ist rein thermische bedingt.
* Bei Kompression verringern sich die Abstände bis zu Kondensation.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Bei idealer Festkörperzustand:
  1. Dominieren die interatomaren Binden
  2. Die thermische Bewegungsmöglichkeit erlaubt keine Platzwechsel in einem starren.
  3. Gut geordneten Teilchenverbund 
  4. Haben gute Vorausetzungen für die Anwendung in der Werkstofftechnik.

Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen II

Flüssiger Zustand: 
besitzt eine ausgewogene Relation zwischen den Bindungsbewegungen und den thermisch bedingten ungeordneten Teilchenbewegungen.

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