Legierungen: Beispiel Zinn - Chemische Bindung – Strukturen

Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Legierungen: Beispiel Zinn
Sn + Nb
Chemische Bindung – Strukturen – Eigenschaften – Anwendung
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Elemente – Moleküle – technische Produkte
AGP-’Vorlesung’, 10.2015, C. Röhr
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
?? Struktur – Eigenschaft ??
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
Anwendung
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhältnisse – Struktur ??
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhältnisse – Struktur ??
?? Elemente – Elementverhältnisse/chemische Zusammensetzung ??
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
??
??
??
??
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
Struktur – Eigenschaft ??
Elemente/Elementverhältnisse – Struktur ??
Elemente – Elementverhältnisse/chemische Zusammensetzung ??
Stabilität ?? chemische Bindung ??
Metalle und Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Eigenschaften
gute elektrische und Wärmeleiter
Einleitung
vielfältige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
??
??
??
??
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
ungewöhnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
ferromagnetisch
Supraleiter
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
heterogen-katalytische Eigenschaften
Heterogenkatalysatoren
auch nichtkristallin 7→ metallische
Gläser, Quasikristalle
Thermoelektrika
Baustoffe
Elektrodenmaterialien ...
Struktur – Eigenschaft ??
Elemente/Elementverhältnisse – Struktur ??
Elemente – Elementverhältnisse/chemische Zusammensetzung ??
Stabilität ?? chemische Bindung ??
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Bindungstypen nach EN
Einleitung
Ionenkristalle
Sn,
elementar
ionisch
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
∆ EN
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
t
len
k
Kovalente
Verbindungen
a
ov
meΣ EN
tal
lisc
h
Elemente
Metalle
Legierungen
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Stabilität?
Einleitung
Coulomb
Sn,
elementar
ionisch
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
nt
ale
Bindungs− kov
energie
+vdW−WW
me
tal
lisc
h
?
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Bindung, CN
Einleitung
Sn,
elementar
CN: 4−8
mittlere Reichweite
hte
ric
Sn + Cs
ge
Sn + Nb
un
ionisch
Sn + Cu
CsSn usw.
Clathrate
Zusammenfassung
t
n
kurzreich−
ale
weitig kov
gerichtet
CN: 0−4
me
t
Sn9 Cluster
tal
lisc
h
langreich−
weitig
CN: 8−24
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
einfache Struktur−Konzepte
Einleitung
Sn,
elementar
Pauling−Regeln
ionisch
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
nt
le
8−N−Regel
va
ko
VSEPR
Wade−Regeln
(MO−Theorie)
me
tal
lisc
h
dichte
Packungen ?
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
E
Legierungen:
Beispiel
Zinn
E
E
E
LB
∆E
Einleitung
Sn,
elementar
EF
EF
VB
pDOS Anion
Sn + Nb
Zustandsdichten
Bandstruktur
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
t
len
a
ov
Clathrate
Zusammenfassung
k
E
E
1/Richtung
ausgdehnter
kovalenter Bdg.
pDOS Kation
me
tal
Bandstruktur
Γ
lisc
h
E
1/Richtung
ohne ausgdehnte
kovalenter Bdg.
LB
E
LB
∆E
∆E
EF
ionisch
totale DOS
Sn + Cu
EF
EF
∆ E=0
EF
EF
VB
(totale und partielle) DOS
VB
Γ
Bandstruktur
(totale und partielle) DOS
Bandstruktur
Γ
PSE
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1
I
2
II
H
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Li Be
Na Mg 3
4
5
K Ca Sc Ti
V
6
7
8
9
10
11
12
III
IV
V
VI
VII VIII
18
13
14
15
16
17
B
C
N
O
F
Al Si
P
S
Cl Ar
He
Ne
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Rb Sr
Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir
Fr Ra Ac Db Jl
I
Xe
Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Rf Bh Hn Mt
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
PSE
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
1
I
2
II
III
IV
V
Li Be
Na Mg 3
4
5
K Ca Sc Ti
V
6
7
8
9
10
11
12
Al
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Rb Sr
Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir
Fr Ra Ac Db Jl
Pt Au Hg Tl Pb Bi
Rf Bh Hn Mt
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
PSE
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
1
I
2
II
III
Li Be
Na Mg 3
A2
4
5
K Ca Sc Ti
V
6
7
8
9
10
11
12
IV
V
Al
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
B2
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Rb Sr
Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir
Fr Ra Ac Db Jl
A1
Rf Bh Hn Mt
Pt Au Hg Tl Pb Bi
B1
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Gruppierung der Metalle
Legierungen:
Beispiel
Zinn
A1: Alkali- und Erdalkali-Metalle, Seltene Erden
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
elektropositiv
sehr große Metallradien
A2: Übergangsmetalle (ohne Zn, Cd, Hg)
sehr ähnliche Metallradien
gleiche Elektronegativitäten
unterschiedliche Zahl von Valenzelektronen
B1: Zn-Gruppe, Triele, Sn und Pb
stärker elektronegativ
kristallisieren in besonderen Metall-Strukturen, die nicht mit kovalenten
Konzepten erklärt werden können
B2: Si, Ge, Elemente der V. und VI.-Hauptgruppe
Kristallchemie mit der 8-N-Regel erklärbar
(Grimm-Sommerfeld-Verbindungen)
Übergang zu den Nichtmetallen
bereits geringe Bandlücken
Ketelaar-Dreieck mit Legierungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Legierungen
Sn,
elementar
Sn + Cu
ionisch
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
A1 B2
Sn9 Cluster
me
v
ko
A1 B1
tl
t
n
ale
Zin
Clathrate
Zusammenfassung
tal
lisc A1 A2
h
B2
B2
A2
−
A2
−
B1
−
B2
A1 A1
PSE: Auswahl Metalle
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1
I
2
II
III
IV
V
Einleitung
Sn,
elementar
Li Be
A2
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
Na Mg 3
4
5
K Ca Sc Ti
V
6
7
8
9
10
11
12
Al
Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Rb Sr
Y
B2
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb
Clathrate
Zusammenfassung
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir
Fr Ra Ac Db Jl
A1
Rf Bh Hn Mt
Pt Au Hg Tl Pb Bi
B1
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Strukturbestimmende Grössen in intermetallischen Phasen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Elektronenzahlen 7→ v.e.c.
Ladungsübertrag 7→ △(χA − χM )
Radienverhältnisse
VE-Zahl
1
2
χ1
r2Kation
r3Metall
Na
1.01
139
190
-
K
0.91
164
234
Ca
1.04
134
197
V
χ
rKation
rMetall
χ
rKation
rMetall
Rb
0.89
172
248
Sr
0.99
144
215
χ
rKation
rMetall
Cs
0.86
188
267
Ba
0.97
161
224
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
3b
La
1.08
136
187
5b
1b
3
4
Al
1.47
143.2
Si
1.74
131.9
Cu
1.9
128
Ga
1.82
141.1
Ge
2.02
136.9
Nb
1.60
147
Ag
In
1.49
166.3
Sn
1.72
162.3
Ta
Au
Tl
1.44
171.6
Pb
1.55
175.0
1 : Allred-Rochow; 2 : Shannon für CN = 12; 3 : Gschneidner/Waber für CN = 12
Strukturbestimmende Grössen in intermetallischen Phasen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Elektronenzahlen 7→ v.e.c.
Ladungsübertrag 7→ △(χA − χM )
Radienverhältnisse
VE-Zahl
1
2
χ1
r2Kation
r3Metall
Na
1.01
139
190
-
K
0.91
164
234
Ca
1.04
134
197
V
χ
rKation
rMetall
χ
rKation
rMetall
Rb
0.89
172
248
Sr
0.99
144
215
χ
rKation
rMetall
Cs
0.86
188
267
Ba
0.97
161
224
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
3b
La
1.08
136
187
5b
1b
3
4
Al
1.47
143.2
Si
1.74
131.9
Cu
1.9
128
Ga
1.82
141.1
Ge
2.02
136.9
Nb
1.60
147
Ag
In
1.49
166.3
Sn
1.72
162.3
Ta
Au
Tl
1.44
171.6
Pb
1.55
175.0
1 : Allred-Rochow; 2 : Shannon für CN = 12; 3 : Gschneidner/Waber für CN = 12
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Atomare und physikalische Eigenschaften von Zinn
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 5s 2 4d 10 5p 2 (4 Valenzelektronen)
rMetall = 162.3 pm
χ = 1.72
Λ = 9.09 · 104 Ω−1 cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 231.91 o C
>13.2o C
→ β-Sn; +2.09 kJ/mol
dimorph: α-Sn −−−−−
o
<13.2 C
Clathrate
Zusammenfassung
metallisches β-Zinn
α- und β-Zinn: Kristallstrukturen und Eigenschaften
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
graues Sn (< 13.2 o C)
metallisches/weißes Sn (> 13.2 o C)
ρ = 5.769 gcm−3
ρ = 7.285 gcm−3
spröde
eigener Strukturtyp
Diamantstruktur (A4)
CNSn = 4 + 2
CN = 4 (dSn−Sn = 281 pm)
(dSn−Sn = 301.6 (4×) + 317.5 (2×) pm)
• (lokal, ruby)
• (lokal, ruby)
Zustandsdichten von α- und β-Zinn
Legierungen:
Beispiel
Zinn
-10
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
-1
1,5
-8
-6
total
Sn s
Sn p
α-Sn
total
Sn s
Sn p
β-Sn
-4
-2
0
2
-4
-2
0
2
-1
Einleitung
DOS [eV EZ ]
2,0
1,0
0,5
Sn + Cs
CsSn usw.
0,0
Sn9 Cluster
-1
-1
Zusammenfassung
1,5
DOS [ev EZ ]
Clathrate
1,0
0,5
0,0
-10
-8
-6
E-EF [eV]
FP-LAPW, Wien2k, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
α-Sn: Bandstruktur
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
−8.0
−10.0Λ
Γ
2
L
U
Q
S
∆
L ZX Λ
ΣW
K W
EF
0
−2
Energie (eV)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
−4
−6
−8
−10
W
Sn
L
Λ
Γ
FP-LAPW, Wien2k, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
∆
X Z W K
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Sn + Cu
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
+
Kupfer: atomare und physikalische Eigenschaften
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 4s 1 3d 10 4p 0 (1 Valenzelektron)
rMetall = 127.8 pm
χ = 1.75
Λ = 5.9559 · 105 Ω−1 cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 1083.4 o C
f.c.c.-Struktur
Cu + Sn (Bronze): Phasendiagramm
Legierungen:
Beispiel
Zinn
ζ
798°
1083°
β
Einleitung
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Temperatur [°C]
1000
Sn,
elementar
ε
520°
γ
700
600
500
α
640°
582°
δ
798°
800
Clathrate
Zusammenfassung
586°
900
676°
γ
415°
350°
640°
ε
586°
520°
415°
400
350°
η
300
200
η
189°
100
0
Cu
20
40
232°
227°
186°
60
Atom.−% Sn
80
100
Sn
Hume-Rothery-Phasen (’Elektronenverbindungen’)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Hume-Rothery-Regeln (1928)
Unterschiede der Metallradien <15 %
Einleitung
Elektronegativitätsdifferenz klein
Sn,
elementar
gleiche Valenzelektronenzahl 7→ feste Lösungen
unterschiedliche Valenzelektronenzahl 7→ Phasenfolge
abhängig von der Valenzelektronenkonzentration (v.e.c.)
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
α (f.c.c.) bei niedriger v.e.c.
β und β’ (b.c.c.) für v.e.c. =
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Zusammenfassung
21
14
= 1.5
Cu5 Sn: (5×1 + 1×4)/6 = 9/6 = 1.5
Clathrate
γ (komplexe b.c.c.-Überstruktur) für v.e.c. =
William Hume-Rothery
1899 – 1968
(University of Oxford)
Cu31 Sn8 : (31×1 + 8×4)/39 = 63/39 = 21/13
... δ ... ζ ...
ǫ (h.c.p.) für v.e.c. =
21
12
21
13
= 1.615
= 1.75
Cu3 Sn: (3×1 + 1×4)/4 = 21/12
η
1936 durch Mott und Jones mittels NFE-Ansatz
(Berührung der Fermikugel mit dem BZ-Rand) ’erklärt’
Struktur von γ-Messing
Legierungen:
Beispiel
Zinn
27 x bcc − 0,0,0 und − 1/2,1/2,1/2
Umgebung eines ´Loches´
Im3m
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Würfel
Oktaeder
Kuboktaeder
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
γ −Messing
I43m
Zusammenfassung
8 Zn(I): xxx, x=0.110
24 Zn(II): xxz, x=0.313, z=0.036
8 Cu(I): xxx, x=−0.172
12 Cu(II): x00, x=0.355
Tetraeder
Tetraeder
Oktaeder
Kuboktaeder
Eigenschaften und Verwendung von Bronze
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
ca. 7 % Sn: für zähfeste
Maschinenteile (s. links)
Sn,
elementar
20-25 % Sn: Glockenbronze
(für Guß geeignet)
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
15000
Messing
10000
α
Bronze
Cu 31Sn 8
E−Modul [kg/mm2 ]
E−Modul [kg/mm2 ]
Clathrate
Zusammenfassung
β γ
5000
ε
Cu3 Sn
Cu 3 Sn2
10000
η
α
δε
η
5000
Atom % Sn
Atom % Zn
E-Module von Messing und Bronze
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Sn + Nb
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
+
Nb: atomare und physikalische Eigenschaften des Elements
Elektronenkonfiguration: 5s 2 4d 2 5p 1 (5 Valenzelektronen?)
rMetall = 147 pm
χ = 1.60
b.c.c.-Struktur
Mp = 2468 o C
Λ = 8.0 · 104 Ω−1 cm−1
Verbindungen: nur stöchiometrische Phasen,
jeweils mit eigenen Strukturtypen
Nb3 Sn (Cr3 Si-Typ)
Nb6 Sn5 (Tl6 Sn5 )
NbSn2 (Mg2 Cu-Typ)
Sn + Nb
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
+
Nb: atomare und physikalische Eigenschaften des Elements
Elektronenkonfiguration: 5s 2 4d 2 5p 1 (5 Valenzelektronen?)
rMetall = 147 pm
χ = 1.60
b.c.c.-Struktur
Mp = 2468 o C
Λ = 8.0 · 104 Ω−1 cm−1
Verbindungen: nur stöchiometrische Phasen,
jeweils mit eigenen Strukturtypen
Nb3 Sn (Cr3 Si-Typ)
Nb6 Sn5 (Tl6 Sn5 )
NbSn2 (Mg2 Cu-Typ)
Frank-Kasper-Phasen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Frank-Kasper-Strukturen
Unterschiede der Metallradien >15 %
Einleitung
dichteste Packungen ungleich großer Kugeln
Sn,
elementar
Idee: Vermeidung der großen Oktaederlücken 7→
Tetraederpackungen
Sn + Cu
Sn + Nb
Koordinationspolyeder ausschließlich mit Dreiecksflächen
7→ Frank-Kasper-Polyeder
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Frederick Charles Frank∗
Clathrate
(1911 – 1998)
Zusammenfassung
J. S. Kasper∗
CN 12
Ikosaeder
CN 14
2−fach überkapptes
hexagonales Antiprisma
∗ F. C. Frank, J. S. Kapser, Acta Crystallogr. 11, 184 (1958). ibid. 12, 483 (1959).
CN 15
3:3:3:3:3
CN 16
4−fach überkapptes
gekapptes Tetraeder
Nb3 Sn: Kristallstruktur
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Cr3 Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3̄n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringende
FK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)
CNNb = 14 (doppelt
überkapptes hexagonales
Antiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Nb3 Sn: Kristallstruktur
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Cr3 Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3̄n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringende
FK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)
CNNb = 14 (doppelt
überkapptes hexagonales
Antiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Nb3 Sn: Kristallstruktur
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Cr3 Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3̄n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringende
FK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)
CNNb = 14 (doppelt
überkapptes hexagonales
Antiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Nb3 Sn: elektronische Struktur (Zustandsdichten)
-8
Legierungen:
Beispiel
Zinn
-1
DOS [eV EZ ]
total
-1
Einleitung
Sn,
elementar
-6
Sn + Cu
Sn + Nb
15
-4
-2
0
2
-2
0
2
Nb3Sn
10
5
Sn + Cs
0
CsSn usw.
Zusammenfassung
Sn s
Sn p
Nb d-eg
-1
1,0
0,8
Nb d-tg
-1
Clathrate
DOS [eV EZ ]
Sn9 Cluster
0,6
0,4
0,2
0,0
-8
-6
-4
E-EF/eV
FP-LAPW-Rechnung, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Nb3 Sn: Supraleitende Eigenschaften und Bandstruktur
Legierungen:
Beispiel
Zinn
2.0
Sprungtemperatur: Tc = 18.3 K
Einleitung
H
H
c
c
supraleitender
Zustand
Sn + Cs
Misch−
zustand
Normal−
zustand
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Hc
äußeres Magnetfeld
H
Hc
c1
äußeres Magnetfeld
H
c2
kritische Magnetfeldstärke: Hc =30 T
’2-Band-Modell’
7→ direkt bei EF :
steile (metallisch) und
flache (kovalent) Bänder
EF
0.0
Supraleiter 2. Art
Energie [eV]
Sn + Nb
Supraleiter 1. Art
−4π M
Sn + Cu
1.0
Supraleiter 2. Art
−4π M
Sn,
elementar
−1.0
−2.0
−3.0
−4.0
−5.0
X
Γ
R
M
Bandstruktur von Nb3 Sn
FP-LAPW-Rechnung, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Γ
Nb3 Sn: Herstellung und Verwendung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Problem: sehr spröde
Fertigung von Spulen (z.B. für NMR-Magnete)
’bronze process’ (Nb-Drähte in Bronze)
’internal tin’ Prozess (Cu mit Nb aussen, Sn innen)
’powder-in-tube’ (PIT) Prozeß (Nb-Rohre, mit Sn gefüllt)
Reaktion zu Nb3 Sn erst nach Formgebung (Diffusion bei ca. 700 o C)
fs.magnet.fsu.edu (ASC,Image Gallery) ⇓
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Herstellungverfahren für Nb Sn-Drähte/Spulen
SEM-Bild der Nb3 Sn-’Drähte’ nach Wegätzen des Kupfers
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
Einleitung
Sn,
elementar
2 Sn, elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
3 Sn + Cu
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 -Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Sn + Cs
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
+
Caesium: atomare und physikalische Eigenschaften des Elements
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 6s 1 (1 Valenzelektron)
rMetall = 267 pm
rCs+ = 188 pm
χ = 0.86
Λ = 5.0 · 104 Ω−1 cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 28 o C
b.c.c.-Struktur
extrem luft- und feuchtigkeitsempfindlich
Phasendiagramm des Systems Cs – Sn
Legierungen:
Beispiel
Zinn
1000
935°C
°C
Sn,
elementar
800
~ 760°C
600
590°C
Sn + Cu
Sn + Nb
β −CsSn
L
Einleitung
884°C 875
630°C
580°C
Sn + Cs
Zusammenfassung
~ 232°C
CsSn 2
Clathrate
Cs 8 Sn 46
400
α −CsSn
Sn9 Cluster
Cs 2 Sn3
CsSn usw.
200
27.5°C
28.39°C
231.97°C
(Sn)
0
0
Cs
nach Massalski
10
20
30
40
50
60
Atom−% Zinn
70
80
90
100
Sn
Zintl-Konzept
Legierungen:
Beispiel
Zinn
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
Einleitung
Sn,
elementar
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)
Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)
Wade-Regeln für elektronenarme Anionen
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
Zintl-Konzept
Legierungen:
Beispiel
Zinn
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
Einleitung
Sn,
elementar
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)
Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)
Wade-Regeln für elektronenarme Anionen
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
physikalische Eigenschaften
CsSn usw.
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)
relativ hohe Schmelzpunkte
Halbleiter (schmale Bandlücke)
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
Zintl-Konzept
Legierungen:
Beispiel
Zinn
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
Einleitung
Sn,
elementar
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)
Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)
Wade-Regeln für elektronenarme Anionen
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
physikalische Eigenschaften
CsSn usw.
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)
relativ hohe Schmelzpunkte
Halbleiter (schmale Bandlücke)
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
elektronische Strukturen
keine A-pDOS unterhalb EF (A-Kationen!)
Valenzband mit M-p-Charakter
Leitungsband mit M-p- und/oder A-s/d-Charakter
M-s/p-Mischung vom chemischen Charakter von M und
von Dimensionalität des Polyanions abhängig
bindungskritische Punkte auf M-M-Bindungen
Zintl-Konzept
Legierungen:
Beispiel
Zinn
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
Einleitung
Sn,
elementar
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)
Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)
Wade-Regeln für elektronenarme Anionen
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
physikalische Eigenschaften
CsSn usw.
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)
relativ hohe Schmelzpunkte
Halbleiter (schmale Bandlücke)
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
elektronische Strukturen
keine A-pDOS unterhalb EF (A-Kationen!)
Valenzband mit M-p-Charakter
Leitungsband mit M-p- und/oder A-s/d-Charakter
M-s/p-Mischung vom chemischen Charakter von M und
von Dimensionalität des Polyanions abhängig
bindungskritische Punkte auf M-M-Bindungen
β-CsSn (VE/M=5)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Sn(1)
Sn(2)
Cs(1)
Cs(2)
Cs(1)
Cs(1)
Cs(1)
Cs(1)
Einleitung
Cs(1)
Sn,
elementar
Cs(2)
5.2
29
290.8
1.6
C. Hoch, C.R., Z. Anorg. Allg. Chem. 628, 1541 (2002).
29
Clathrate
Zusammenfassung
0.8
Sn9 Cluster
Strukturtyp
KGe
Kristallsystem
kubisch
Raumgruppe
P 4̄3n, Nr. 218
Gitterkonstante [pm] a
1444.74
Z
32
R-Werte
R1
0.0395
wR2
0.0709
dSn−Sn [pm]
291 - 295
Cs(1)
Sn(2)
Sn(1)
Sn(1)
CsSn usw.
29
4CsSn −→ 4Cs+ + Sn4−
4
Sn + Nb
Sn + Cs
Sn(2)
Cs(2)
Cs(1)
Sn + Cu
Cs(2)
Sn(1)
Sn(1)
Sn(2)
Sn(2)
Tetrelide AI M IV (VE/M=5)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
4 AM → 4 A+ + [M4 ]4−
Sn(1)
Si Ge Sn Pb
Einleitung
Rb(2)
Rb(1)
Na
d2
Sn,
elementar
K
Rb
Sn + Cu
Rb(1)
Cs
Rb(2)
Sn + Nb
Rb(1)
Anionen−
packung
Sn(1)
Sn + Cs
d1
Rb(2)
CsSn usw.
Sn(1)
Sn9 Cluster
Clathrate
NaSi−Typ f.c.c.
KGe−Typ Cr 3Si
NaPb−Typ b.c.c.
Rb(2)
Sn(1)
Sn(1)
1.00
Zusammenfassung
RbSn
0.99
δ= 2.40 mm/s
0.98
−4
−3
−2
−1
0
1
2
3
4
5
Isomerieverschiebung ([mm/s] gegen BaSnO 3 )
Anionen-Packung im KGe-Typ
E. Busmann,Z. Anorg. Allg. Chem. 313, 90 (1961); C. Hoch, C.R.,Z. Anorg. Allg. Chem. 628, 1541 (2002); + ...
K4 Sn9 (VE/M=4.44)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
K4 Sn9 −→ 4K+ + Sn4−
9
Sn(1)
293−300 pm
Sn(4)
Einleitung
312−335 pm
Sn,
elementar
293−302 pm
Sn + Cu
a
Sn(7)
Sn + Nb
295−300 pm
Sn(9)
Sn(6)
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
e -Bilanz für den Cluster:
9 × 4 + |{z}
4 − |{z}
18 = 22
| {z }
−
Sn
Ldg.
s/l.p.
11 e− -Paare = N + 2 (nido)
B
A
Kristallsystem
monoklin
Raumgruppe
P21 /c, Nr. 14
Gitterkonstanten a
1423.8(2)
[pm, o ]
b
835.5(1)
c
1648.7(3)
β
95.261(3)
Z
4
R-Wert
R1
0.027
C. Hoch, M. Wendorff, C.R., Acta Cryst., C58, 45 (2002).
0
c
K4 Sn9 : Totale und partielle Sn Zustandsdichte
Legierungen:
Beispiel
Zinn
80
70
-2
0
-2
0
2
total
K(1) total
50
40
30
20
Sn + Nb
10
Sn + Cs
1,0
0
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Sn(1) s
Sn(1) p
Sn(2) s
Sn(2) p
Sn(3) s
Sn(3) p
Sn(4) s
Sn(4) p
0,8
DOS/eV
Clathrate
Zusammenfassung
-4
0.7 eV
DOS/eV
Sn + Cu
-6
60
Einleitung
Sn,
elementar
-8
K4Sn9
0,6
0,4
0,2
0,0
-8
-6
-4
E-EF [eV]
elektronische Strukturen: FP-LAPW, PBE (Programme WIEN2k bzw. Elk).
2
Wade-Cluster M9
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Si(1B)
Einleitung
Si(4B)
A
α
Si(5B)
Si(3B)
β
B
Sn,
elementar
χ γ
Si(2B)
Sn + Cu
C
Sn + Nb
Sn + Cs
ε
Si(8B)
CsSn usw.
Si(9B)
Sn9 Cluster
D
Si(6B)
δ
φ
Si(7B)
Clathrate
Zusammenfassung
N Cluster
Gesamtzahl an
Exo-e − -
Gerüst-
Wade-
e − -Paaren
Paare
e − -Paare
Cluster
9 [Sn9 ]4– (4 × 9) + 4 = 40
20
9
11 = N + 2
nido
9 [Bi9 ]5+ (5 × 9) − 5 = 40
20
9
11 = N + 2
nido
9 [Sn9 ]2– (4 × 9) + 2 = 38
19
9
10 = N + 1
closo
8 [Bi8 ]2+ (5 × 8) − 2 = 38
19
8
11 = N + 3 arachno
Elektronen
Rb12 Sn17 (VE/M=4.71)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
4−
Rb12 Sn17 −→ 12Rb+ + 2Sn4−
4 + Sn9
A
C
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
a
B
0
Sn + Nb
CsSn usw.
Clathrate
Zusammenfassung
orthorhombisch
P21 21 21 , Nr. 19
4
a
1504.1
b
1539.3
c
2147.8
R1
0.0813
C´
Sn9 Cluster
Kristallsystem
Raumgruppe
Z
Gitter
konstanten
[pm]
R-Wert
c
B´
A´
C. Hoch, M. Wendorff, C.R. J. Alloys Comp. 361 206 (2003).
A
Sn + Cs
Cs52 Sn82 (VE/M=4.63)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Cs52 Sn82 −→ 52 Cs+ + 7Sn4−
+ 6Sn4−
| {z4 } | {z9 }
28−
24−
Einleitung
Sn,
elementar
c
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Kristallsystem
monoklin
Raumgruppe
P21 /c, Nr. 14
Gittera
2730.4
konstanten
b
1556.5
[pm, o ]
c
5905.0
β
99.193
Z
4
R-Wert
R1
0.138
a
C. Hoch, M. Wendorff, C.R., Z. Anorg. Allg. Chem., 629, 206-221 (2003).
0
A8 Sn44 2 (A=Rb, Cs) (VE/M=4.18)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Sn3a
Sn3a
Einleitung
Cs2
Sn,
elementar
Cs2
Sn3a
Sn + Cu
Sn2
Sn3b Sn3b
Sn + Nb
Sn2
Sn + Cs
Sn2
Sn1
CsSn usw.
Sn2
Sn3a
Sn2
Sn2
Sn9 Cluster
Clathrate
Sn2
Sn3b
Sn2
Sn3b
Sn3a
Sn3a
Zusammenfassung
Cs2
Clathrat-I-Struktur
Sn3a
Cs2
Sn3a
+
Rb8 Sn44 2 7−→ 8 Rb + 36 Sn0 + 8 Sn−
J. Gallmeier, H. Schäfer, A. Weiss, Z. Naturforsch. 24b, 665-667 (1969); J.-T. Zhao, J. D. Corbett, Inorg. Chem. 33 5721 (1994);
G. Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zönnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003); + ...
Rb8 Sn44 :
119 Sn-Mößbauer-Spektrum
Legierungen:
Beispiel
Zinn
10
3
(4d)
1,0
Einleitung
Sn,
elementar
1
CsSn usw.
3
α −Sn β−Sn SnO
SnO2 SnF4 SnCl4 SnBr4 SnI4
4−
SnS4
Sn(IV) ionic
Absorption
Sn + Cs
2
2
4
δ
B
Rb8Sn44
Sn + Cu
Sn + Nb
10
(4d) (5s)
(5s)(5p)
0
A
4−
4−
SnS
SnF2
SnCl2
SnSe SnTe
SnSe 4 SnTe 4
Sn(II) ionic
Sn(IV) covalent
Sn(II) covalent
Sn(0) intermetallic
0,9
Sn9 Cluster
2.0
2.1
2.2
2.3
2.5
2.4
2.6
2.7
2.8
2.9
3.0
δ
Clathrate
Sn
Zusammenfassung
4−
α−Sn Sn 2−
Sn 0
-4
-2
0
2
4
Isomerieverschiebung ([mm/s] gegen BaSnO3)
Spektrum von Rb8 Sn44
6
2−
(äq.)
Sn 5
Rb Sn44
8
A
δ = 2.12(9)
∆E = 0
A(rel.) = 0.7
Skala der
4−
β−Sn
Sn 4
Sn
SnO
Sn52−(ax.)
−
B
δ = 2.44(13)
∆ E = 0.7(3)
A(rel.) = 0.3
119m
Sn-Isomerieverschiebungen
G. Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zönnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003).
?
Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklasse
mit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)
keine einfachen Konzepte zur Erklärung von ...
Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)
erlaubt auch grobe Gruppierung der Legierungen
Verständnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fällen einfach möglich
geometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft
7→ mit aktueller FK-Theorie möglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen häufig keine Verbindungsbildung
A2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)
A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3 Sn (Cr3 Si-Typ)
als Supraleiter
A1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklärung von
Zusammensetzung und Struktur, Halbleiter
Erdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: häufig nicht mehr
elektronenpräzise
Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklasse
mit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)
keine einfachen Konzepte zur Erklärung von ...
Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)
erlaubt auch grobe Gruppierung der Legierungen
Verständnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fällen einfach möglich
geometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft
7→ mit aktueller FK-Theorie möglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen häufig keine Verbindungsbildung
A2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)
A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3 Sn (Cr3 Si-Typ)
als Supraleiter
A1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklärung von
Zusammensetzung und Struktur, Halbleiter
Erdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: häufig nicht mehr
elektronenpräzise
Literatur
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/intermetallische 0.html
Lehrbücher Strukturchemie (z.B. Müller)
Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklasse
mit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)
keine einfachen Konzepte zur Erklärung von ...
Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)
erlaubt auch grobe Gruppierung der Legierungen
Verständnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fällen einfach möglich
geometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft
7→ mit aktueller FK-Theorie möglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen häufig keine Verbindungsbildung
A2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)
A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3 Sn (Cr3 Si-Typ)
als Supraleiter
A1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklärung von
Zusammensetzung und Struktur, Halbleiter
Erdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: häufig nicht mehr
elektronenpräzise
Literatur
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/intermetallische 0.html
Lehrbücher Strukturchemie (z.B. Müller)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9 Cluster
Clathrate
Zusammenfassung
... DANKE ...