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Alt 24.07.2002, 10:20   #1   Druckbare Version zeigen
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Härte von Metallen

Hallo, kann mir wer sagen woran das liegt, bzw woraus diese eigenschalft resuliert?
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Alt 24.07.2002, 10:49   #2   Druckbare Version zeigen
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aus der Bindungsstärke?
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Alt 24.07.2002, 13:39   #3   Druckbare Version zeigen
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Beiträge: n/a
hmmmm Bindungsstärke, dann müßten "kleine" Metalle (wie z.b. Natrium) ja hart sein, sind se aber nicht...
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Alt 24.07.2002, 14:47   #4   Druckbare Version zeigen
Adam Männlich
Moderator
Beiträge: 8.039
Zitat:
hmmmm Bindungsstärke, dann müßten "kleine" Metalle (wie z.b. Natrium) ja hart sein, sind se aber nicht...
Wenn Du die Atomradien vergleichst mit denen von Fe, Cu etc. so klein ist Na wieder nicht.


.
__________________
Wenn jemand ein Problem erkannt hat und nichts zur Lösung des Problems beiträgt, ist er selbst ein Teil des Problems.
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Alt 24.07.2002, 14:47   #5   Druckbare Version zeigen
upsidedown Männlich
Moderator
Beiträge: 7.640
Ne, um zu verstehen warum sich Metalle wie verhalten müsst ihr da schon ein bischen "rauszoomen". Die Vorstellung, dass Metalle sowas wie grosse Kristalle sind die man halt wegen der Metallbindung verformen kann ist - gelinde gesagt - äußerst grob. Da werd ich jetzt wohl um einen kleinen Exkurs in die Werkstoffwissenschaften nicht herumkommen..

Also erstmal - Metalle verhalten sich nur wie Metalle weil sie ebend keine idealen Kristalle darstellen. Jede Art der Verformung (und 'Härte' besagt auch nur wie sich Materialien bei einer bestimmten Art von Beanspruchung verformen) beruht im Kern auf der Bewegung von Gitterfehlern jeder Art. Ein ideales Metallgitter würde sich nicht viel anders als ein idealer Ionenkristall verhalten. Und als Näherung: auch etwa wie ein realer Ionenkristall - versucht mal einen Kochsalzkristall zu verbiegen..

Zwotens: Metalle sind jetzt aber keine grossen Kristalle die halt ne Menge Fehler haben und dadurch mehr oder weniger verformbar sind, sondern bestehen aus einer ganzen Menge sehr kleiner solcher Kristalle. Und wie diese Matrix aussieht hat auch noch ein erhebliches Wortchen mitzureden beim Materialverhalten.

Das war jetzt nur ein ganz kleiner Abriss um die Richtung anzudeuten - wer das alles jetzt ganz genau wissen will, der besuche eine Vorlesung in Werkstofftechnik, oder studiere gleich Werkstoffwissenschaften. Kann man sich sein ganzes Leben lang mit beschäftigen..

Gruß,
UpsideDown
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Alt 24.07.2002, 16:17   #6   Druckbare Version zeigen
mp67  
Mitglied
Beiträge: 1.082
...und vermutlich nicht die kleinste Winzigkeit von Langeweile empfinden.

M.
__________________
Was sich überhaupt sagen läßt, läßt sich klar sagen; und wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.

L.Wittgenstein.
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Alt 24.07.2002, 16:26   #7   Druckbare Version zeigen
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Beiträge: n/a
Pfeil

Die Härte von Stoffen ist wohl auf die Bindungskräfte zwischen den Teilchen zurückzuführen und auf die Art der vorliegenden Bindung .

Je stärker die Bindungen sind desto härter ist auch der Stoff da man mehr energie aufwenden muss um dessen struktur zu ändern..

Dabei sind Bindungen umso stärker je mehr Couloumbenergie freigeworden ist. Die Menge der freiwerdendenen Energie hängt ab vom Kationen/Anionen radiusverhältnis und von der Koordinationszahl.
a) Hohe Koordination = viel Energie wird freigesetzt da mehr Bindungen enstehen.
b) Kleiner Teilchenradius = viel Energie wird freigesetzt da die Teilchen dem Kern des Bindungspartners sehr nahe kommen können...Dabei gibt es einen optimalen energetischen abstand bei dem die Anziehungskraft gleich der Abstossungkraft ist.
Wichtig ist das der Teilchenradius entscheidener für die menge der freiwerdenden Coloumbenergie ist...so wird z.B beim ZnS mit KZ:4 mehr Coloumbenergie frei als beim CsCL mit KZ:8.


Aber auch die Art der vorliegenden Bindung spielt eine wichtige Rolle

...so sind z.B Metalle aufgrund ihrer ungerichteten Bindungskräfte (gemeinsame Elektronenbänder mit frei beweglichen Ionen) sehr gut dehnbar ohne dabei grossartig an stabilität zu verlieren.

Eine Ionenbindung hingegen verliert sehr schnell an stabilität sobald man es schafft durch druck die gerichteten Bindungskräfte +-+- zu ++-- zu verschieben.
Dann kommt es zur Abstossung der Ladungen und der kristall bricht.

Bei kovalenten Bindungen sind die Bindungskräfte ebenfalls gerichtet...Bei druckeinwirkung verbiegt sich der stoff so gut wie gar nicht..reicht der druck zur trennung der kovalenten bindungen so zerbricht der stoff instantan.
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Alt 24.07.2002, 16:38   #8   Druckbare Version zeigen
upsidedown Männlich
Moderator
Beiträge: 7.640
Zitat:
Originalnachricht erstellt von AV
...so sind z.B Metalle aufgrund ihrer ungerichteten Bindungskräfte (gemeinsame Elektronenbänder mit frei beweglichen Ionen) sehr gut dehnbar ohne dabei grossartig an stabilität zu verlieren.
Dem muss ich mit Verweis auf oben gesagtes widersprechen: Reinstsilizium für die Waferproduktion z.B. ist verdammt nah an dem was man als idealen Kristall bezeichnen würde dran - und das Zeugs ist alles andere als dehnbar und hammerhart. Gut, Si ist kein ganz reines Metall, aber bei denen sieht das nicht wirklich anders aus - da macht sich blos keiner den Mordsaufwand das erst so extrem rein zu kriegen und dann noch zu einem praktisch fehlerfreien Kristall zu züchten. Das Si verhält sich dann jedenfalls mechanisch fast wie Diamant (oh Wunder.. ), hat aber noch deutlich metallische Eigenschaften in der Bindung, z.B. den metallischen Glanz.

Gruß,
UpsideDown
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Alt 24.07.2002, 17:11   #9   Druckbare Version zeigen
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Beiträge: n/a
Die Bindungsanteile im Silicium sind ja auch hauptsächlich gerichtet und kovalent !
Si ist zwar ein halbmetall hat aber nicht wirklich schon stark metallische Bindungen..daher ist die Duktilität natürlich super gering.
Erst ab Beta Zinn kann man von rein metallischer Bindung sprechen die auch die Duktilität erhöht.

Der Vergleich zwischen dem kovalent gebundenem Diamant und Silicium ist da meiner Meinung nach schon besser als zwischen Silicium und einem Metall... Beide verbindungen kristallisieren ja auch im ZnS Gitter...spricht also eher für ein Nichtmetall.
Erst das Blei kristallisiert in einer der 3 typischen Metallkristallstrukturen.


Kurzum...Si ist deswegen nicht duktil weil es kein Metall sondern nur ein Halbmetall ist und Bindungskräfte eher kovalenter natur sind.
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Alt 24.07.2002, 18:11   #10   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
Es wird berichtet, dass selbst so beinharte Metalle wie Chrom oder Wolfram in reinster Form geschmeidig und dehnbar sind. Die enorme Härte wird erst durch Spuren von Verunreinigungen bewirkt, die ein Verschieben der Gitterebenen gegen einander blockieren.

Gruß,
Franz
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Gib einem Mann einen Fisch, und Du ernährst ihn für einen Tag.
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Nichts, was ein Mensch sich auszudenken in der Lage ist, kann so unwahrscheinlich, unlogisch oder hirnrissig sein, als dass es nicht doch ein anderer Mensch für bare Münze halten und diese vermeintliche Wahrheit notfalls mit allen ihm zur Verfügung stehenden Mitteln verteidigen wird.

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Alt 24.07.2002, 18:36   #11   Druckbare Version zeigen
upsidedown Männlich
Moderator
Beiträge: 7.640
Klar, das ist kein Geheimniss. Ich red ja auch von einkristallinen, (praktisch) fehlerfreien Metallen.

Gruß,
UpsideDown
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Alt 29.07.2002, 16:29   #12   Druckbare Version zeigen
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Beiträge: n/a
ist wohl alles nicht so einfach...........
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Alt 02.08.2002, 23:12   #13   Druckbare Version zeigen
Gluecki  
Mitglied
Beiträge: 69
...aber auch nicht unlösbar schwierig.

Die Bindung in ihrer Art und Stärke ist - wie upsidedown schon beschreibt - nicht allein verantwortlich für die Härte des Metalls.

Als Härte bezeichnet man ja den Widerstand, den ein Material dem Eindringen eines anderen Körpers entgegensetzt, sprich den Widerstand gegen plastische Verformung. Da diese durch die Fortbewegung von Gitterfehlern beschrieben wird, hängt die Härte also von der Beweglichkeit dieser Fehler ab.
Diese kann man auf verschiedene Weise beeinflussen:

a) Fremdatome entweder auf Gitterplätzen der Hauptkomponente (Substitutionsmischkristall) oder auf Zwischengitterplätzen (Einlagerungsmischkristall). Aufgrund der unterschiedlichen Atomradien werden hier kleine Gitterverzerrungen erzeugt, die die Fortbewegung sog. Versetzungen (2-dim. Gitterfehler) erschweren.
==> sog. Mischkristallhärtung (Cu + Zn = Messing)

b) feines Korn, d.h. das Metall besteht aus vielen kleinen statt nicht so vielen großen Kristalliten. Dadurch erhöht sich der Anteil an Korngrenzen, welche starke Hindernisse für die Versetzungsbewegung darstellen. ==> kann man "Feinkornhärtung" nennen, ist durch geeignete Wärmebehandlung (Glühung, Abkühlung) erreichbar.

c) Einbringen harter Partikel in die Metallmatrix über die Schmelze oder Erzeugung solcher durch thermisch aktivierte Umwandlungsvorgänge in Legierungen. Harte Partikel (glaube sogar, manche weichen auch) behindern ebenfalls die Versetzungsbewegung.
==> Dispersionshärtung bzw. Ausscheidungshärtung
Letztere wird massig bei Aluminiumlegierungen angewendet, da reines Aluminium relativ weich ist.

So viel "in Kürze". Das Thema kann locker einige Foren füllen. Ich hoffe, es hilft ein wenig weiter auf dem Weg zum Verständnis. Diese Darstellung mag vielleicht nicht vollständig sein. Man verzeihe mir und ergänze gegebenenfalls.
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