WT_GW an der Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

Karteikarten und Zusammenfassungen für WT_GW an der Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg

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1.Eisen (Fe) gehört zu den Nebengruppen- bzw. 3O-Übergangselementen. Was bedeutet das?

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1.Welche grundsätzliche Aussage macht die Art der Bindung über ein Material?

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1.Beschreiben Sie die vier Bindungsarten in ihren wesentlichen Merkmalen!

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Was unterscheidet einen Mischkristall von einem Kristallgemisch? 

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1.Erläutern Sie das Pauli-Prinzip und die Hundsche Regel der größten Multiplizität!

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1.Welche Bindungsart ermöglicht besonders gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit bzw. plastische Verformbarkeit? Beschreiben Sie diese Bindungsart!

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Wodurch ist homogenes und wodurch ist heterogenes Gefüge gekennzeichnet?
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1.Nach welchen Prinzipien stellen sich in einem Festkörper die Atomabstände ein, und was passiert bei der Einwirkung einer Zugkraft auf den Festkörper?

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1.Was sind Ionen, was sind Isotope?

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1.Erläutern Sie die elektrischen Leitfähigkeitsmechanismen von Stoffen, die metallische Bindung kovalente Bindung oder ionische Bindung eingehen im Hinblick auf die grundlegenden Leitungsarten.

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1.Was sagt die Wertigkeit eines Elements aus?

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1.Warum sind polykristalline Werkstoffe isotrop (richtungsunabhängig)?

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Beispielhafte Karteikarten für WT_GW an der Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg auf StudySmarter:

WT_GW

1.Eisen (Fe) gehört zu den Nebengruppen- bzw. 3O-Übergangselementen. Was bedeutet das?

Da der 4s-Zustand energetisch unterhalb des 3d-Zustands liegt, besitzt die N-Schale bereits Elektronen, obwohl die M-Schale noch nicht vollständig besetzt ist.

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1.Welche grundsätzliche Aussage macht die Art der Bindung über ein Material?

Art und Stärke der Bindung entscheidet über die Eigenschaften des Materials. Entscheidender Einfluss auf mechanische Belastbarkeit, Verformbarkeit und Leitfähigkeit.

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1.Beschreiben Sie die vier Bindungsarten in ihren wesentlichen Merkmalen!

·Kovalente oder homäopolare Bindung:

Molekülbindung entsteht grundsätzlich durch die gemeinsame Nutzung von Elektronen, da Atome zur Edelgaskonfiguration neigen.

Bindungskräfte von der räumlichen Ausrichtung der genutzten Valenzelektronen abhängig.

Moleküle aus gleichen Atomen sind unpolar (nach außen elektrisch neutral)

Moleküle unterschiedlicher Atome sind polar;

Polarität durch unsymmetrische Anlagerung mehrerer Atome .

Polarität, da gemeinsam genutzte Elektronenpaare von unterschiedlichen Kernladungen unterschiedlich stark angezogen werden (Elektronegativität!)

·Ionenbindung oder heteropolare Bindung:

Austausch bzw. Übergang von Elektronen zwischen Reaktionspartnern; Entstehende Ionen weisen Edelgascharakter auf;

Ausgerichtete Bindung über elektrostatische Coulomb-Kräfte zwischen Ionen.

·Metallische Bindung:

Jedes Gitteratom gibt ein bis zwei Elektronen ab, die sich dann in Form eines Elektronengases/Elektronensees delokalisiert um die positiven Atomrümpfe bewegen.

Die Bindung erfolgt somit absolut ungerichtet über Coulomb-Kräfte zwischen den positiven Atomrümpfen und Elektronen.



·Van der Waalsche Kräfte:

Wechselwirkung zwischen elektrostatischen Dipolen als Grundlage. Entweder permanentes Dipolmoment (Molekularpolarisation) oder durch elektrostatisches Feld influenziert (Dispersionskräfte)

permanente Dipole aufgrund räumlich getrennter Ladungsschwerpunkte (Elektronegativität)

Dispersionskräfte aufgrund von temporären Fluktuationen in der Ladungsverteilung

Wasserstoffbrückenbindungen durch einerseits kovalente Bindung eines Wasserstoffatoms an ein anderes Atom und andererseits elektrostatische Anziehungskraft des entstehenden  an die negative Dipolseite eines analogen Nachbarmoleküls.

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Was unterscheidet einen Mischkristall von einem Kristallgemisch? 

·Mischkristall:homogenes Gefüge, einphasig

·Kristallgemisch:heterogenes Gefüge, mehrphasig

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1.Erläutern Sie das Pauli-Prinzip und die Hundsche Regel der größten Multiplizität!

·Pauli-Prinzip: Ein bestimmter Quantenzustand kann nur von einem einzigen Elektron eingenommen werden; keine zwei Elektronen können daher in allen vier Quantenzahlen n, l, m, s übereinstimmen:

·Hundsche Regel: Die Hundsche Regel verhindert bei schwach besetzten Elektronenschalen, dass sich die Elektronen schon innerhalb der Schale paarweise absättigen. Bahnen gleichen Typs werden also zunächst einzeln und dann paarig aufgefüllt.

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1.Welche Bindungsart ermöglicht besonders gute elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit bzw. plastische Verformbarkeit? Beschreiben Sie diese Bindungsart!

·Metallische Bindung

·Jedes Gitteratom gibt ein bis zwei Elektronen ab, die sich dann in Form eines Elektronengases/Elektronensees delokalisiert um die positiven Atomrümpfe bewegen.

·Die Bindung erfolgt somit absolut ungerichtet über Coulomb-Kräfte zwischen den positiven Atomrümpfen und Elektronen.

·Da die Elektronen sehr beweglich sind, weisen Metalle grundsätzlich eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.

·Bei Deformation eines Metalls kommt es zu einer gegenseitigen Translationsbewegung der Atome. Weil sich aber der Metallkristall über das ganze Gitter aus identischen oder zumindest ähnliche Atomen aufbaut, kann ein Atom nach Abschluss der Translationsbewegung wieder mit jedem anderen Atom metallisch gebunden werden. Die Atomrümpfe können infolge dessen energetisch leicht verschoben werden, was dann dazu führt, dass Metalle eine gute Verformbarkeit bei relativ hoher Festigkeit aufweisen.

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Wodurch ist homogenes und wodurch ist heterogenes Gefüge gekennzeichnet?

·Homogenes Gefüge/einphasiger WS:

Körner sind aus gleichen Atomen aufgebaut und zeigen gleichen Gitteraufbau. Einzig die Gitterausrichtung ist von Korn zu Korn verschieden. Bestehend aus einem einzigen Element bzw. aus Komponenten in fester Lösung (Mischkristalle)

·Heterogenes Gefüge/mehrphasige WS:

Körner sind aus unterschiedlichen Atomen aufgebaut und /oder haben einen anderen Gitteraufbau. Bestehend aus Komponenten, die nicht in feste Lösung gehen und daher entmischt vorliegen (Kristallgemisch!)

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1.Nach welchen Prinzipien stellen sich in einem Festkörper die Atomabstände ein, und was passiert bei der Einwirkung einer Zugkraft auf den Festkörper?

·Bezüglich verschiedener Atome innerhalb eines Festkörpers wirken anziehende (Coulomb-Kräfte, Massekräfte) und abstoßende Kräfte (aufgefüllte Elektronenschalen).

·Diese zeigen bezüglich der Atomabstände unterschiedliche Verläufe.

·Im gebundenen Zustand stellt sich dann ein Gleichgewichtsabstand  ein gemäß des Kräftegleichgewichts , wobei der Atomverband dann eine minimale potentielle Energie aufweist (Bindungsenergie).

·Bei Einwirken einer Zugkraft sind zwei grundlegende Fälle zu unterscheiden: linear-elastisches Verhalten und plastisches Verhalten mit Verfestigung

·linear-elastisches Verhalten: 

Atome werden bei Einwirken einer Zugkraft geringfügig aus ihrer Gleichgewichtslage gehoben, allerdings nicht irreversibel aus dieser entfernt.

Ist die einwirkende Zugkraft gering, verhalten sich die Bindungskräfte wie eine Feder, deren Auslenkung aus der Gleichgewichtslage reversibel ist.

·plastisches Verhalten mit Verfestigung:

Versetzungen als eindimensionale Gitterbaufehler in realen Kristallgittern können infolge einer Schubspannung  Gleit- und Wanderprozessen unterliegen. Diese sind die Grundlage des plastischen Verhaltens von WS und führen zu einer irreversiblen Veränderung des Kristallgitters

Hierbei bilden Gitterebenen dichtester Atompackung die sogenannten Gleitebenen und die dichteste Richtung in diesen Ebenen die sogenannte Gleitrichtung.

Eine äußere Schubspannung  bewirkt dann folgende Wirkungskaskade:

Gitterverzerrung und Abstandsänderung der Atome

Gleichgewichtsstörung der Bindungskräfte

Einnahme einer neuen Gleichgewichtslage

Versetzung wandert bis zur Oberfläche/Hindernis

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1.Was sind Ionen, was sind Isotope?

·Ionen:Positive und negativ geladene Atome

·Isotope:Stoffe mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl und somit Massenzahl.

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1.Erläutern Sie die elektrischen Leitfähigkeitsmechanismen von Stoffen, die metallische Bindung kovalente Bindung oder ionische Bindung eingehen im Hinblick auf die grundlegenden Leitungsarten.

·Metallbindung:Elektronen halten als Elektronengas positive Gitterionen zusammen, wobei die feste Zuordnung zu den jeweiligen Atomen verloren geht und die Elektronen somit eine hohe Beweglichkeit aufweisen. Bei Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes kann dann durch Platzwechsel im LB eine gerichtete Elektronenbewegung (Elektronen mehr oder weniger masselos) stattfinden.

·Kovalente Bindung: Bei T = 0K 

sind keine freien Elektronen verfügbar, da diese zur Absättigung der Elektronenpaarbindungen benötigt werden (Isolatorverhalten!). Ein Platzwechsel von Elektronen wird im Wesentlichen ermöglicht durch Störstellen (Halbleiterdotierung), Temperaturerhöhung (Eigenleitungsdichte stark temperaturabhängig) und äußere elektrische Felder.Kovalente Bindungen repräsentieren verhältnismäßig kleine Bindungsenergien, deshalb genügt schon eine geringe äußere Energiezufuhr zur Generation von freien Ladungsträgern (schwache interatomare Bindungen begünstigen den Platzwechsel der Elektronen.

·Ionen-Bindung: Ladungstransport in wässriger Lösung unter Einwirken eines elektrischen Feldes uns Zersetzung in negative und positive Ionen, die jeweils zum entgegensetzten Pol wandern. (Massetransport ans Stromtransport gekoppelt)

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1.Was sagt die Wertigkeit eines Elements aus?

Die Wertigkeit, auch Valenz, eines Atoms eines chemischen Elementsgibt an, wie viele Atome es im Falle einer chemischen Bindungan sich binden kann, bzw. wie viele Einfachbindungenes mit anderen Atomen eingehen müsste, um den Oktettzustandzu erreichen.

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1.Warum sind polykristalline Werkstoffe isotrop (richtungsunabhängig)?

Polykristalline WS bestehen aus einer Vielzahl von Kristalliten/Körnern unterschiedlicher Gitterlagen. Jedes Korn besitzt grundsätzlich anisotrope Eigenschaften; diese werden jedoch aufgrund der statistisch verteilten Richtungen der Körner über die Gesamtordnung hinweg ausgemittelt, sodass rein äußerlich isotropes Verhalten vorliegt.

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