Grundlagen der Werkstofftechnik

HDL
HOCHSCHULVERBUND DISTANCE LEARNING
WERKSTOFFTECHNIK
Domaschka
2. Auflage 2001
Studienbrief
2 - 050 - 0801
Grundlagen der
Werkstofftechnik
Verfasser:
Prof. Dr. rer. nat. Gerhard Domaschka
Professor für Chemie / Werkstofftechnik
im Fachbereich Maschinenbau / Wirtschaftsingenieurwesen
an der Fachhochschule Anhalt,
Hochschule für Technik, Wirtschaft und Gestaltung
Der Studienbrief wurde auf der Grundlage des Curriculums für das Studienfach Werkstofftechnik
verfaßt. Die Bestätigung des Curriculums erfolgte durch den
Fachausschuß „Grundständiges Fernstudium Wirtschaftsingenieurwesen“,
dem Professoren der folgenden Fachhochschulen angehörten:
HS Anhalt, FHTW Berlin, TFH Berlin, HTWK Leipzig, FH Magdeburg, FH Merseburg, FH
Mittweida, FH Schmalkalden, FH Stralsund, TFH Wildau und WH Zwickau.
Redaktionsschluß: Mai 1998
2., unveränderte Auflage (neue Titelgestaltung) 2001)
 1998 by Service-Agentur des Hochschulverbundes Distance Learning mit Sitz an der FH Brandenburg.
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Werkstofftechnik
Grundlagen der Werkstofftechnik
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Randsymbole ................................................................................................... 4
Einführung in die Studienbriefreihe......................................................................................... 5
Einleitung ................................................................................................................................... 7
Literaturempfehlung ................................................................................................................. 8
1
Aufbau der Atome ....................................................................................................... 8
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
Bausteine der Atome ..................................................................................................... 9
Elementarteilchen, Kernbausteine, Atomhülle ............................................................... 9
Chemische Elemente, Atommassen, Mol-Begriff......................................................... 11
Isotope......................................................................................................................... 13
Radioaktiver Zerfall und Strahlungsarten .................................................................... 13
Atommodelle ............................................................................................................... 14
Rutherford-Modell (Planetenmodell) ........................................................................... 14
Bohrsches Atommodell................................................................................................ 15
Atommodell nach Rutherford, Bohr und Sommerfeld .................................................. 17
Wellenmechanisches Atommodell ............................................................................... 19
2
Periodensystem der Elemente (PSE) ........................................................................ 24
2.1
2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
2.3.6
2.3.7
2.3.8
Perioden, Gruppen....................................................................................................... 24
Haupt- und Nebengruppenelemente ............................................................................. 25
Periodische Eigenschaften der Elemente ..................................................................... 27
Ionisierungsenergie (Ionisierungspotential) ................................................................. 27
Elektronenaffinität (EA) .............................................................................................. 29
Atomradien.................................................................................................................. 29
Ionenradien.................................................................................................................. 29
Metallischer und nichtmetallischer Charakter.............................................................. 30
Elektronegativität ........................................................................................................ 30
Wertigkeit ................................................................................................................... 31
Basizität und Acidität .................................................................................................. 32
3
Chemische Bindung ................................................................................................... 33
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.3.6
3.3.7
Überblick zur Bindungsstruktur................................................................................... 33
Ionenbeziehung ........................................................................................................... 34
Entstehung der Ionenbeziehung ................................................................................... 34
Eigenschaften der Stoffe mit Ionenbeziehung .............................................................. 35
Kovalente Bindung ...................................................................................................... 35
Elektronenpaarbindung, Oktettregel ............................................................................ 35
Valenzbindungstheorie ............................................................................................... 37
Hybridisierung............................................................................................................. 38
Bindungsparameter und Bindungsordnung................................................................... 41
Molekülorbitalmethode (MO-Methode) ....................................................................... 42
Polare Atombindungen ................................................................................................ 44
Eigenschaften von Stoffen mit kovalenter Bindung ..................................................... 45
Grundlagen der Werkstofftechnik
Werkstofftechnik
3.4
3.4.1
3.4.2
3.5
3.5.1
3.5.2
Metallische Bindung ....................................................................................................45
Elektronengasmodell....................................................................................................45
Eigenschaften von Stoffen mit Metallbindung .............................................................45
Zwischenmolekulare Anziehungskräfte........................................................................46
Dipol-Dipol-Wechselwirkung, van-der-Waals-Kräfte ..................................................46
Wasserstoffbrückenbindung.........................................................................................47
4
Struktur der Festkörper ............................................................................................48
4.1
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
Ideale Kristallstruktur ..................................................................................................49
Reale Kristallstruktur...................................................................................................51
Nulldimensionale Gitterbaufehler ................................................................................52
Eindimensionale Gitterbaufehler..................................................................................53
Zweidimensionale Gitterbaufehler ...............................................................................54
Antworten zu den Kontrollfragen ...........................................................................................56
Literaturverzeichnis.................................................................................................................60
Verzeichnis der Randsymbole
B
D
K
M
S
Ü
Z
4
Beispiel
Definition
Kontrollfragen
Merksatz
Studienziele
Übungsaufgaben
Zusammenfassung