| Die Themen |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
5. Mehr zur Goldstruktur
----------
Warum die Goldstruktur in der Kristallografie "kubisch dichteste Packung" genannt wird.
-------
Andere Metallstrukturen. |
|
| |
Ergänzung 1
Mehr zur Goldstruktur
Auf den Seiten 1 bis 4 wurden unsere Erfahrungen als Goldschmiede
mit Elementen aus der Kristallographie kombiniert.
Hier ein paar Ergänzungen dazu:
Kristallographie
ist die Wissenschaft von den Kristallen,
also von den regelmäßigen Anordnungen der Teilchen in Gittern.
Der Ausdruck "Goldstruktur", der auf den vorangehenden Seiten benutzt wurde,
kommt in Texten der Kristallographie gelegentlich vor,
aber offiziell heißt es in der Fachsprache
"kubisch dichteste Packung"
"Dichteste Packung" verstehen wir; aber "kubisch"?
(Kubus = Würfel)
Dazu die Erklärung:
Zum Aufgabenbereich der Kristallographie gehört es,
die fast unübersehbare Menge der verschiedenen Kristallformen zu klassifizieren.
Ein wichtiges Hilfsmittel dabei sind die "Elementarzellen".
Eine Elementarzelle ist ein kleinstmöglicher Ausschnitt aus dem Kristall,
der alle Informationen des Kristalls enthält.
In den Elementarzellen werden die Teilchen punktförmig,
also nur durch ihre Mittelpunkte dargestellt und
durch Linien mit kürzestem Abstand zwischen ihnen ("Gitterlinien")
miteinander verbunden.
Der Ausschnitt aus dem Kristall wird so gewählt,
dass gegenüber liegende Oberflächen parallel sind.
Wenn man
- Elementarzellen (unter Fortlassung je einer Randfläche) dreidimensional zusammenfügt,
- die Gitterlinien fortlässt,
- die Punkte zu Kugeln vergrößert,
erhält man ein Modellbild des Kristalls
Zur Erinnerung:
Goldstruktur in Kugeln
 |
Es ist nicht möglich, aus dem Kugelmodell der Goldstruktur durch senkrechte und waagrechte Schnitte eine Figur zu gewinnen, die die Bedingungen der Elementarzelle (gegenüberliegende parallel liegende Flächen) erfüllt; ...
|
 |
... aber durch Schnitte schräg zu den Gleitebenen ist es möglich:
Die Elementarzelle der Goldstruktur
hat die Form eines Würfels:
 |
8 Gitterpunkte (gelb)
bilden die Eckpunkte eines Würfels.
6 weitere Gitterpunkte
sitzen in den Schnittpunkten von den Diagonalen
der 6 Würfelflächen.
Die Kanten der Einheitszelle sind hier schwarz gezeichnet,
die Gitterlinien innerhalb der Vorderfläche blau,
die der Seitenflächen grün und die der Rückfläche rot.
|
Die Gleitebenen in der Elementarzelle:
 |
Die 4 Gleitebenen sind in der Elementarzelle versteckt.
Hier nur eine davon. Sie verläuft
- von einem Eckpunkt des Würfels (1)
- über die Flächendiagonale zum gegenüberliegenden Eckpunkt (2)
- von da zum Schnittpunkt zweier Flächendiagonalen (3)
- danach quer durch den Würfel zum anliegenden Diagonalenschnittpunkt (4)
und dann zum Ausgangspunkt 1 zurück.
|
Die kubisch-dichteste Packung liegt außer in Gold
auch in Silber, Kupfer, Aluminium, Blei und anderen weniger bekannten Metallen vor.
Ihre Gitter enthalten ebenfalls Gleitebenen in 4 Richtungen und lassen sich verformen.
2. Eine weitere dichteste Packung
("Magnesiumstruktur" oder "hexagonal dichteste Packung"):
 |
Die Magnesiumstruktur lässt sich – ebenso wie die Goldstruktur – aus Kugeln aufschichten.
Im Unterschied zur Goldstruktur liegt aber nicht jede vierte Schicht über der ersten, sondern jede dritte. |
Dabei gibt es auch eine Gleitebenen,
nämlich die in unserem Kugelmodell waagrecht liegt.
Weitere Gleitebenen gibt es in der Magnesiumstruktur nicht.
Metalle in der Magnesiumstruktur sind nicht so weich wie die in der Goldstruktur,
lassen sich aber dennoch verformen.
Die Elementarzelle der Magnesiumstruktur
lässt sich direkt aus dem Kugelmodell ablesen:
Die obere und die untere Randfläche sind je ein regelmäßiges Sechseck mit Mittelpunkt,
zwischen ihnen liegt ein gleichseitiges Dreieck.
Außer Magnesium besitzen Titan, Uran, Zink und einige weniger bekanntere Metall
die hexagonal dichteste Packung
3. Das Beispiel "Eisen"
In anderen Metallen sind die Atome nicht dicht gepackt.
In Eisen, Chrom und einigen anderen Metallen
sind sie "kubisch raumzentriert" angeordnet, das heißt:
die Elementarzelle besteht aus einen Würfel
mit einem Atom im Schnittpunkt der Raumdiagonalen.
Es gibt keine Gleitebene. Diese Metalle lassen sich nicht durch Schmieden verformen
Bekanntlich lässt sich Eisen bei heller Rotglut schmieden.
In Eisen werden die Atome bei 906 °C beweglich
und ordnen sich zur Goldstruktur um.
Dann kann Eisen geschmiedet werden.
Beim Abkühlen stellt sich die kubisch-raumzentrierte Struktur wieder ein.
Dann ist Eisen wieder hart.
|
|
|
|
|
|
| |
Heute waren schon 2 Besucher (3 Hits) hier! |
|
|
|
|
|
|
|
