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Grundwissen für Zahntechniker
Die Metalle
Werkstoffkunde mit ihren chemischenund physikalischen Grundlagen
21. überarbeitete Auflage
Dipl.-Ingenieur (FH) Reinhold Ströbel
Verlag Neuer Merkur GmbH, 81206 München
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© 2013 Verlag Neuer Merkur GmbHVerlagsort: Postfach 60 06 62, D-81206 München
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Grundwissen für Zahntechniker Band IReinhold StröbelDie Metalle21. Auflage 2013 – ISBN 978-3-9-95409-010-5
Titelgestaltung: Peter HänsslerLayout: Dagmar Papic/Peter Hänssler
Druck: Triltsch Print und digitale Medien, Ochsenfurt-Hohestadt
Die erste Auflage dieses Buches erschienim März 1930 als „Materialienkunde derZahntechnik, Teil II: Metallkunde”. Autorwar Franz Knischewski. Seit 1959 hatGünter Rau an der Bearbeitung diesesBuches mitgewirkt und es nach WunschKnischewskis seit 1970 allein bearbeitet.Später hat Herr Rau mich einbezogen undwir haben das Buch gemeinsam weiterge-führt.
Der Tradition folgend hat Herr Rau dieBearbeitung des Buches an mich weiter-gegeben.
Vorwort zur 21. Auflage
Der besondere Dank gilt Herrn FredySchmidli von der Universität Basel WTB. Die Werkstoffbilder, die Herr Schmidli zurVerfügung gestellt hat, machen diese Über -arbeitung möglich und tragen sehr zurVeranschaulichung der Legierungs pro ble -matik bei. Die elektronenmikroskopischen Aufnahmenerweitern das Verständnis des Verhaltensder Strukturen nicht nur im Idealfall, son-dern auch bei Fehlbelastungen und beiVerarbeitungsfehlern.
Nürnberg, im Oktober 2012Reinhold Ströbel
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Vorwort
Vorwort
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1 Der Werkstoff Metall111.1 Der Qualitätskreislauf 121.2 Der Aufbau der Materie 121.2.1 Atombau 131.2.1.1 Atommasse 131.2.1.2 Atomradius 131.2.1.3 Elektronenkonfiguration 131.3 Das Periodensystem der
Elemente 141.4 Metalle und Nichtmetalle 151.5 Der Metallcharakter der
Elemente im PSE 161.6 Die metallische Bindung 171.7 Kennzeichen der Metalle 181.8 Kristalle und Kristallite 191.9 Kristallgitter 201.10 Allotrapie 24
Kapitel 2 Metalle und Legierungen 252.1 Metallvorkommen 262.2 Gewinnung der Metalle 262.2.1 Hüttenmännische
Gewinnung 262.2.2 Elektrolytische Gewinnung 262.3 Einkristalle 262.4 Allgemeines über
Legierungen 272.5 Metallschliffe 28
Kapitel 3 Werkstoffeigenschaften 313.1 Werkstoffeigenschaften 323.2 Werkstoffprüfverfahren 323.2.1 Zerstörungsarme
Werkstoffprüfung 323.2.1.1 Dichte 323.2.1.2 Härte 343.2.1.2.1 Härteprüfung nach Mohs 343.2.1.2.2 Härteprüfung nach Brinell 353.2.1.2.3 Härteprüfung nach Vickers 363.2.1.2.4 Härteprüfung nach Rockwell 373.2.1.3 Härte der metallischen
Werkstoffe 373.2.2 Zerstörende
Werkstoffprüfung 383.2.2.1 Elastizitätsbegriff 38
3.2.2.2 Mechanische Spannungen 393.2.2.2.1 Eigenspannungen 403.2.2.2.2 Oberflächenspannungen 403.2.2.2.3 Belastungsspannungen 413.2.2.2.4 Druckdefinition 423.2.2.2.5 Widerstand gegen Belastung 423.2.2.3 Dehnung 423.2.2.4 Elastizitätsmodul 433.2.2.4.1 Schub-, Scher-, Torsions-
oder Gleitmodul 443.2.2.5 Festigkeit 453.2.2.6 Das Spannungs-/
Dehnungs-Diagramm 453.2.2.7 Verformbarkeit 493.2.2.8 Weitere zerstörende
Prüfverfahren 513.2.2.9 Beziehungen der mecha-
nischen Eigenschaftenzueinander 51
3.2.2.10 Ermüdungsbruch, Risskeim 513.2.3 Zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung 523.3 Werkstoffkennwerte
für spezielleMetalleigenschaften 53
3.3.1 Wärmeleitfähigkeit 533.3.2 Elektrische Leitfähigkeit und
elektrischer Widerstand 533.3.3 Thermoelektrizität 55
Kapitel 4 Produktions-Verfahren (Qualit�tskreis) 574.1 Urformen 584.1.1 Galvanoformung 584.1.1.1 Elektrolyt 584.1.1.2 Elektronegativität 594.1.1.3 Protolyse 594.1.1.4 Dissoziation und Hydration 594.1.1.5 Wirkung von Elektrolyten 614.1.1.6 pH-Wert 624.1.1.7 Elektrolyse 634.1.1.8 Gesetze von Faraday 634.1.2 Galvanische
Formteilherstellung 644.1.2.1 Praktischer Ablauf 64
6
Inhaltsverzeichnis
7
Inhaltsverzeichnis
4.1.2.2 Passgenauigkeit undWeiterverarbeitung 65
4.1.3 Galvanische Zellen 654.1.3.1 Halbelement 654.1.3.2 Lösungsdruck 664.1.3.3 Osmotischer Druck 664.1.3.4 Elektrostatische Doppelschicht 664.1.3.5 Elektrolytische
Spannungsreihe 664.1.3.6 Elektrolytische Fällung 674.1.3.7 Normalpotenziale 674.1.4 Elektrolytische
Gleichstromquelle 684.1.5 Korrosion 684.1.5.1 Ursachen der Korrosion 694.1.5.2 Korrosionsschutz 694.1.6 Chemische Angriffe 694.1.6.1 Oxidation 694.1.6.2 Sulfidbildung 694.1.7 Elektrochemische Vorgänge
im Mund 704.1.7.1 Ionenlöslichkeit 704.1.7.2 Kontaktelemente 704.1.7.3 Belüftungselemente 724.1.7.4 Konzentrationselemente 734.1.7.5 Ursachen für Element-
bildungen im Mund 744.1.7.6 Polarisation und Passivierung 744.1.7.7 Durchbruchspotenzial 754.1.8 Korrosionsarten 764.1.8.1 Oberflächenkorrosion 764.1.8.2 Auswahlangriff 784.1.8.3 Korngrenzenangriff 784.1.8.4 Punktförmiger Angriff
und Spaltkorrosion 784.1.9 Gießereitechnik 784.1.9.1 Aggregatzustände 784.1.9.2 Wärmeausdehnung 784.1.9.3 Thermische Kontraktion 804.1.9.4 Spezifische Wärmekapazität 814.1.9.5 Die Schmelzwärme 824.1.9.6 Schmelz- und Siedepunkte
der Metalle 834.1.9.7 Löslichkeit der Metalle im
flüssigen Zustand 834.1.9.8 Löslichkeit der Metalle im
festen Zustand 854.1.9.9 Feste Lösung 854.1.9.10 Totale Entmischung 854.1.9.11 Mischungslücke 864.1.9.12 Gefüge fester Lösungen 86
4.1.9.13 Intermetallische Phasen 894.1.9.14 Intermetallische
Verbindungen 894.1.9.15 Kristallgemische 904.1.9.16 Gefüge in Legierungssyste-
men mit Mischungslücken 904.1.10 Das Schmelzen eines
reinen Metalls 914.1.11 Das Erstarren eines
reinen Metalls 924.1.12 Das Schmelzen von
Legierungen 934.1.13 Das Erstarren von
Legierungen 934.1.14 Die Korngröße des
Gussgefüges 944.1.15 Strukturänderungen im
festheißen Zustand 944.1.16 Gießverfahren 954.1.17 Formgenauigkeit 1014.1.18 Passgenauigkeit 1034.1.19 Oberflächenbeschaffenheit 1044.1.20 Korngröße 1054.1.21 Eigenschaften des
Gussgefüges 1074.1.22 Texturen im Gefüge 1074.1.23 Gefügedichte 1074.1.24 Lunker 1084.1.25 Gasblasen 1114.1.26 Gefügereinheit 1124.1.27 Gussspannungen 1144.1.28 Modellguss-Technik 1154.1.29 Spezialgießverfahren
von Sekundärteilen 1164.1.30 Gießen von Titan 1174.1.31 Sintern 1194.2 Umformen 1224.2.1 Kaltverformung 1224.2.2 Einfluss der Kaltverfor-
mung auf das Gefüge 1224.2.3 Einfluss der Kaltverformung
auf die Eigenschaften 1244.2.4 Die Verformbarkeit
metallischer Werkstoffe 1264.3 Fügen 1274.3.1 Verbindungsarten 1274.3.1.1 Schrauben 1274.3.1.2 Verriegeln 1274.3.1.3 Nieten 1284.3.1.4 Löten 1284.3.1.5 Schweißen 134
8
4.3.1.5.1 Kaltpressschweißen 1344.3.1.5.2 Widerstandsschweißen 1344.3.1.5.3 Flammenschweißen 1354.3.1.5.4 Lichtbogen-Plasma-
Schweißen 1354.3.1.5.5 Laserschweißen 1364.3.1.5.6 Vorteile des Schweißens
gegenüber dem Löten 1394.3.1.5.7 Angießen 1394.3.1.6 Kleben 1404.3.1.6.1 Lötfestes (feuerfestes)
Kleben 1414.4 Trennen 1414.4.1 Zerteilen 1424.4.2 Abtragen 1424.4.2.1 Elektisches Abtragen 1424.4.2.2 Elektrochemisches Abtragen1444.4.3 Übergang zur Politur 144
Kapitel 5 Besondere Fertigungsverfahren 1475.1 Wärmebehandlungen 1485.1.1 Weichglühen 1485.1.1.1 Rekristallisieren 1485.1.1.2 Korngröße nach dem
Rekristallisieren 1485.1.1.2.1 Gefüge vor der
Kaltverformung 1485.1.1.2.2 Verformungsgrad 1485.1.1.2.3 Rekristallisations-
temperatur 1495.1.1.2.4 Erhitzungsgeschwindigkeit 1495.1.1.2.5 Erwärmungsdauer 1495.1.1.3 Weichglühen in der
Zahntechnik 1495.1.1.4 Abkühlen metallischer
Werkstoffe nachWärmebehandlungen 150
5.1.2 Einflüsse auf dasLegierungsgefüge 150
5.1.2.1 Interkristalline Seigerung 1505.1.2.2 Homogenisieren dentaler
Legierungen 1515.1.3 Aushärtung 1525.1.3.1 Gefügeänderungen bei
der Aushärtung 1525.1.3.2 Ausscheidungshärtung 1525.1.3.3 Umwandlungshärtung 1545.1.3.4 Aushärten dentaler
Edelmetall-Legierungen 154
5.2 Oberflächenbeschichtungen 1555.2.1 Galvanotechnisches Erzeugen
von Metallüberzügen 1575.2.2 Deckgoldbeschichtungen 1595.2.3 Aufsprühen von Metallpartikeln 1605.2.4 PVD-Beschichtungen 1615.2.5 Adhäsivschichten 162
Kapitel 6 Anforderungen andas zahntechnische Produkt 1656.1 Konformitätsbewertung 1666.2 Konformitätserklärung 167
Kapitel 7Einfluss von Metallen auf denmenschlichen K�rper 1697.1 Metallprothesen im Mund 1707.2 Aufnahme von Metallen in
den menschlichen Körper 1717.3 Biokompatibilität der Metalle 1717.3.1 Metalle als Gift 1727.3.2 Allergische Wirkungen
von Metallen 1747.3.3 Verfärbung von Metallen
im Mund 1757.3.4 Verfärbungen von
Zahnfleischrändern 176
Kapitel 8 Recycling 1798.1 Verhalten der Metalle
gegenüber Gasen 1808.1.1 Verhalten der Metalle
gegenüber Sauerstoff 1808.1.2 Verhalten gegenüber
Schwefelwasserstoff 1828.1.3 Verhalten der Metalle
gegenüber Säuren 1828.2 Abfallverwertung im Labor 1838.2.1 Scheidgut 1838.2.2 Gekrätz 183
Kapitel 9 Die reinen Metalle1859.1 Gold, Aurum, Au 1869.2 Platin, Pt 1869.3 Palladium, Pd 1879.4 Iridium, Ir 1879.5 Osmium, Os 1889.6 Rhodium, Rh 1889.7 Ruthenium, Ru 1889.8 Silber, Argentum, Ag 189
Inhaltsverzeichnis
9
Inhaltsverzeichnis
9.9 Kupfer, Cuprum, Cu 1899.10 Zinn, Stannum, Sn 1909.11 Zink, Zn 1919.12 Indium, In 1929.13 Rhenium, Re 1929.14 Gallium, Ga 1939.15 Germanium, Ge 1939.16 Eisen, Ferrum, Fe 1939.17 Nickel, Ni 1949.18 Kobalt, Co 1949.19 Chrom, Cr 1959.20 Molybdän, Mo 1959.21 Wolfram, W 1969.22 Mangan, Mn 1969.23 Tantal, Ta 1969.24 Niob, Nb 1979.25 Titan, Ti 1979.26 Vanadin, Vanadium, V 1989.27 Cer, Cerium, Zer, Ce 1989.28 Aluminium, Al 1989.29 Beryllium, Be 1999.30 Kadmium, Cd 1999.31 Blei, Plumbum, Pb 2009.32 Magnesium, Mg 2019.33 Quecksilber, Hydrargyrum, Hg 201
Kapitel 10Dentale Edelmetalllegierungen20310.1 Geschichtliches über
Dentallegierungen 204
Kapitel 11 Zustandsdiagramme bin�rer und ten�rer Legierungssysteme 20711.1 Allgemeines über Zustands-
diagramme binärer Systeme 20811.2 Systeme mit völliger Löslichkeit
im festen Zustand 20911.3 Systeme mit völliger Unlöslich-
keit im festen Zustand 21211.4 Systeme mit beschränkter Lös-
lichkeit im festen Zustand 21311.5 Systeme mit intermetallischen
Verbindungen 21511.6 Systeme mit Eutektoiden 21611.7 Systeme mit Polymorphie 21711.8 Zustandsdiagramme ternärer
Legierungssysteme 217
Kapitel 12 Edelmetall-Legierungsgruppen22112.1 Hochedelmetallhaltige
Legierungen 22212.1.1 Weiche Gusslegierungen 22412.1.2 Mittelharte
Gusslegierungen 22412.1.3 Harte Gusslegierungen 22512.1.4 Extraharte
Gusslegierungen 22512.1.5 Kupferfreie
Gusslegierungen 22512.1.5.1 Weiche kupferfreie
Gusslegierungen 22512.1.5.2 Mittelharte kupferfreie
Gusslegierungen 22612.1.5.3 Harte kupferfreie
Gusslegierungen 22612.1.5.4 Extraharte kupferfreie
Gusslegierungen 22612.1.6 Blechlegierungen 22612.1.7 Drahtlegierungen 22712.1.8 Angussfähige Legierungen 22712.1.8.1 Weiche Blech- und
Drahtlegierungen 22712.1.8.2 Extraharte
Drahtlegierungen 22712.1.8.3 Wurzelstiftlegierungen 22812.1.8.4 Hochschmelzende
Legierungen 22812.2 Edelmetallhaltige
Legierungen 22812.2.1 Goldlegierungen 22812.2.1.1 Harte, gelbe
Gusslegierungen 22912.2.1.2 Harte, hellgelbe
Gusslegierungen 22912.2.1.3 Extraharte, gelbe
Gusslegierungen 22912.2.1.4 Extraharte, hellgelbe
Gusslegierungen 22912.2.1.5 Kupferfreie
Gusslegierungen 23012.2.1.5.1 Harte, gelbe und
hellgelbe, kupferfreie Legierungen 230
12.2.1.5.2 Extraharte, gelbe, kupferfreie Legierungen 230
12.2.1.5.3 Extraharte, hellgelbe,kupferfreie Legierungen 230
10
12.2.1.6 Drahtlegierungen 23012.2.2 Silber-Legierungen 23112.2.2.1 Silber-Gold-Legierungen 23112.2.2.1.1 Gelbe Gusslegierungen 23112.2.2.1.2 Hellgelbe Gusslegierungen23112.2.2.2 Silber-Palladium-
Legierungen 23212.2.2.2.1 Harte Gusslegierungen 23212.2.2.2.2 Extraharte
Gusslegierungen 23212.2.2.2.3 Kupferfreie, harte
Gusslegierungen 23212.2.2.2.4 Kupferfreie, extraharte
Gusslegierungen 23212.3 Edelmetall-Legierungen
für die Aufbrennkeramik 23412.3.1 Hochgoldhaltige
Legierungen 24012.3.1.1 Weiche Legierungen 24012.3.1.2 Mittelharte Legierungen 24012.3.1.3 Harte, gelbe Legierungen 24112.3.1.4 Harte, hellgelbe
Legierungen 24112.3.1.5 Extraharte, gelbe
Legierungen 24112.3.1.6 Extraharte, hellgelbe
Legierungen 24212.3.1.7 Extraharte, weiße
Legierungen 24212.3.2 Goldreduzierte
Legierungen 24212.3.2.1 Hellgelbe Legierungen 24212.3.2.2 Weiße, silberhaltige
Legierungen 24212.3.2.3 Weiße, silberfreie
Legierungen 24412.3.3 Palladium-Basis-
Legierungen 24512.3.3.1 Palladium-Gold-
Legierungen 24512.3.3.2 Palladium-Silber-
Legierungen 24512.3.3.3 Palladium-Kupfer-
Legierungen 24612.3.3.4 Palladium-Zinn-
Legierungen 24612.3.3.5 Palladium-Indium-
Legierungen 24712.4 Multiindikative
Legierungen 24712.4.1 Goldlegierungen 248
12.4.1.1 Extraharte, gelbeLegierungen 248
12.4.1.2 Extraharte, gelbe,kupferfreie Legierungen 248
12.4.1.3 Extraharte, hellgelbeLegierungen 248
12.4.2 Silber-Palladium-Legierungen 248
Kapitel 13 Dentale Nicht-Edelmetall-Legierungen 25113.1 Kobalt-Chrom-Legierungen 25213.1.1 Kobalt-Chrom-
Molybdän-Legierungen 25313.1.1.1 Zusammensetzung 25313.1.1.2 Eigenschaften 25413.1.2 Kobalt-Chrom-Molybdän-
Titan-Legierungen 25713.1.3 Kobalt-Chrom-Nickel-
Legierungen 25713.2 Nickel-Chrom-Legierungen 25813.3 Nichtedelmetall-
Aufbrennlegierungen 25913.3.1 Nickel-Chrom-Legierungen 26013.3.2 Kobalt-Chrom-Legierungen 26113.4 Titan und Titan-Legierungen 26113.5 Stähle 26313.5.1 Das System Eisen-
Kohlenstoff 26313.5.2 Härten und Anlassen 26413.5.3 Dentalstähle 26513.5.3.1 Zusammensetzung 26513.5.3.2 Eigenschaften 26513.6 Leichtflüssige Legierungen 266
Bildquellennachweis 267
Verzeichnis der Elemente derHaupt- und Nebengruppen 268
Stichwortverzeichnis 269
Inhaltsverzeichnis
11
Kapitel 1
Der Inhalt auf einen Blick
1.1 Der Qualitätskreislauf 121.2 Der Aufbau der Materie 121.2.1 Atombau 131.2.1.1 Atommasse 131.2.1.2 Atomradius (Van der Waals) 131.2.1.3 Elektronenkonfiguration 131.3 Das Periodensystem der
Elemente 141.4 Metalle und Nichtmetalle 151.5 Der Metallcharakter der
Elemente im PSE 161.6 Die metallische Bindung 171.7 Kennzeichen der Metalle 181.8 Kristalle und Kristallite 191.9 Kristallgitter 201.10 Allotrapie 24
Kapitel 1Der Werkstoff Metall
1.1 Der QualitätskreislaufObwohl die Verwendung von Metallen sich6.000 Jahre zurückverfolgen lässt, war esnicht möglich, eine einheitliche Verarbei -tungsmethodik zu entwickeln. Es war dieKunst einzelner Gießer oder Schmiede, diein Sagen und Legenden überlebte.
Im Zug der industriellen Revolution wurdenimmer bessere wissenschaftliche Grundla -gen entwickelt, die das Wissen über dieMetalle und ihre Verarbeitungsmöglichkeitenerweiterten.
Die neuere technische Entwicklung mach-te es erforderlich, ein Qualitätsnormen sys -tem zu erstellen, welches möglichst breit-bandig einsetzbar ist. Dieses ist als Quali -täts management in den ISO 9000-Schriftenzu finden.
Aus Abbildung 1.1 ist ersichtlich, dass dieQualität der Werkstoffe die Startbasis für einhochqualitatives Produkt liefert. Die Pro -duktfertigung muss so ausgelegt sein, dasswährend der Be- und Verarbeitung keineVerschlechterung der Werkstoffeigenschaftenauftritt.
Damit dies gewährleistet ist, bedarf es ent-sprechender Rückkopplungen. So eröffnet z. B. das Gespräch mit der Laborleitung(Audit lat. = Anhörung) über festgestellteFehler am Produkt den Weg für den Einsatz
anderer Werkstoffe oder führt zur Verbesse -rung der Fertigungsverfahren.
Material- und Verarbeitungsfehler könnennur dann erkannt und beseitigt werden,wenn ein entsprechendes naturwissenschaft-lich-technisches Grundwissen vorhanden ist.
1.2 Der Aufbau derMaterie
Materie (latein.: materia) ist der Sam mel -begriff für die Stoffe der Erde und desUniversums. Die Materie kann in verschie-denen äußeren Formen, die man Körpernennt, auftreten. Unsere Werkstoffe (Ma -te rialien) sind also Materie.
Um Zahnprothesen herstellen zu können,benötigen wir verschiedene Werkstoffe, z. B. Kunststoffe, Keramikmassen und Me -talle. Wir verarbeiten Werkstoffe zu Werk -stücken, wie z. B. Kronen, Brücken, Klam -mern, Bügel und Basisplatten. Diese Pro -dukte sind Prothesen als funktioneller Ersatzfür natürliche Zähne. Zahnprothetische Pro -dukte aus Metallen, Kunststoffen oder Kera -mik unterscheiden sich bei gleicher Formdurch die Farbe, die Härte, die Festigkeit,das Verhalten gegenüber dem Speichel usw.voneinander.
Es gibt Reinstoffe und Gemenge (Ge mi -sche).
Reinstoffe haben durchgehend gleicheMaterieeigenschaften. So weist z. B. einGalvanokäppchen im gesamten Volumendie gleiche Farbe und die gleiche Härte auf.
Gemenge haben dagegen Mischeigen -schaften.
Bei uneinheitlichem Gemenge, wie z. B.der Gesteinsart Granit, erkennt man dieunterschiedlichen Bestandteile an den Far -ben. Graue Farbe für Quarz, schwarze fürGlimmer und weiße für Feldspat.
Einheitliches Gemenge, wie z. B. Zucker -wasser, ist einfarbig, flüssig und süß. BeideBestandteile kann man aber leicht wieder(physikalisch) voneinander trennen, indemman das Wasser verdampfen lässt.
Reinstoffe sind entweder chemischeGrund stoffe (Elemente = Urstoffe) oder che-mische Verbindungen.
Der Werkstoff Metall
12
Abb. 1.1 Der Qualitätskreislauf
Chemische Elemente lassen sich durchchemische Verfahren nicht zersetzen.
Chemische Verbindungen bestehen auszwei oder mehreren Elementen und könnenin ihre Bestandteile zerlegt werden.
Wir kennen mehr als 115 chemischeGrundstoffe. Davon kommen 90 in der Na -tur vor. Die übrigen werden in Laborver su -chen hergestellt und existieren nur kurzzeitig.
1.2.1 AtombauDie kleinsten Bausteine der Elemente nenntman Atome (griech.: atomos = unteilbar).Sie besitzen noch alle Eigenschaften desbetreffenden Elements. Demnach unter-scheiden sich die einzelnen Elemente durchden Bau ihrer Atome. Um die Vorgänge imatomaren Bereich verstehen zu können, hatman Modelle vom Atombau entwickelt. ImGegensatz zu den Modellen in der Zahn -tech nik sind Atommodelle keine naturge-treuen Abbilder der Wirklichkeit, sondern essind Gedankenmodelle, die aufgrund natur-wissenschaftlicher Erkenntnisse gewonnenwurden. Die zur Zeit geltenden Atommo -delle gehen alle davon aus, dass ein Atomkein kompakter Körper ist, sondern dass esaus den kleinsten Teilchen der Materie zu -sammengesetzt ist. Die Atombausteine nenntman Elementarteilchen. Von den über drei-ßig bekannten Elementarteilchen sind nurdrei beständig, nämlich Protonen, Neutro -nen und Elektronen. Die Elementarteilchensind sehr klein.
1.2.1.1 AtommasseDie Atome chemischer Elemente können inihrer Atommasse (engl.: atomic mass) be -stimmt werden (mass unit). Es wird zwischenrelativer und absoluter Atommasse unter-schieden, angegeben in kg, g oder u (u =amu = atomic-mass-unit).
1.2.1.2 Atomradius (Van der Waals)
Van der Waals bezeichnet den Radius einergedachten harten Kugel, welche als Modellfür das Verhalten eines Atoms genommenwird, als Atomradius. Ermittelt wird dieserRadius aus den Abständen nichtverbundenerAtompaare in Kristallen.
1.2.1.3 ElektronenkonfigurationBei der Elektronenkonfiguration wird dieVerteilung der Hüllenelektronen der Atomeinnerhalb der verschiedenen Energiezustän -de angegeben. Oft ist der Begriff Energiezu -stand auch unter dem Namen Aufenthalts -bereich oder auch Orbital bekannt. Es musssich mindestens eine der Quantenzahlen vonden zwei Elektronen unterscheiden, wobeidie Hauptquantenzahl n die Hauptenergie -stufe (Schale) bestimmt. Die äußerste Schalebestimmt hierbei die Periode des Elementsim Periodensystem. Die Schalen werden ent-weder von innen nach außen von 1 bis 7durchnummeriert oder mit den großenBuch staben K, L, M, N, O, P, Q bezeichnet.
13
Kapitel 1
Eigenschaften der Elementarteilchen
Teilchen Proton Neutron Elektron
Symbol p n e
Masse 1,007 u 1,009 u 5,486 • 10-4 u1,673 • 10-24 g 1,675 • 10-24 g 9,11 • 10-28 g
Elektr. Ladung + 1 e keine - 1 e
Tabelle 1.1
Als Gesetzmäßigkeit gilt, dass sich in deneinzelnen Schalen nur bestimmte Mengenvon Elektronen aufhalten können. Die inne-re Schale ist mit zwei Elektronen voll besetzt.In der jeweils äußeren Schale könnenhöchs tens acht Elektronen kreisen.
Die Elektronen der äußeren Schale sind fürdas chemische Verhalten der Atome maß-gebend. Sie werden gesondert als Außen -elektronen oder als Valenzelektronen be -zeich net (latein.: valere = wert sein). DenRest des Atoms (Atomkern und die übrigenElektronenschalen) nennt man Atomrumpf.
Für die Beschreibung chemischer Vorgän -ge ist nur die Darstellung der Valenzelektro -nen von Bedeutung. Man stellt sie als Punktedar, die um das Symbol eines Elementsangeordnet sind. Das Symbol selbst kenn-zeichnet den Atomrumpf.
Na Mg Al Si
P S Cl Ar
Ein Elektronenpaar kann auch durch einenStrich symbolisiert werden.
P S Cl Ar
Alle Atome eines Elements besitzen gleichviele Protonen und Elektronen. Um das Ele -ment zu kennzeichnen, gibt man die Anzahlseiner Protonen als Kernladungszahl an.Atome mit gleicher Kernladungszahl habengleiche chemische Eigenschaften.
Die Gesamtzahl der Nukleonen einesAtom kerns (Zahl der Protonen und Neutro -nen) ergibt seine Nukleonen oder Massen -zahl. Aus der Massenzahl und der Kernla -dungszahl kann man die Zahl der im Kernvorhandenen Neutronen nach folgenderFormel errechnen:
Massenzahl – Kernladungszahl = Neutronenzahl
Alle Atomkerne eines Elements bestehenaus gleich vielen Protonen. Die Zahl derNeutronen kann dagegen verschieden sein.So können die Atome eines Elements bei
gleicher Kernladungszahl verschiedene Mas -senzahlen haben. Solche Atome werden alsIsotope bezeichnet (griech.: isos = gleich,topos = Ort). Die meisten Elemente sindGemische verschiedener Isotope. Man kenntz. B. beim Zinn zehn stabile Isotope, beimPalladium sechs, beim Platin fünf, beim Eisenvier und beim Silber zwei.
1.3 Das Periodensystemder Elemente (PSE)
Im PSE findet man eine Übersicht über diechemischen Elemente unter Berücksichtigungihres Atomaufbaus und ihrer Eigenschaften.
Die Elemente sind nach ihrer Kernla dungs -zahl durchnummeriert. An erster Stelle stehtWasserstoff mit der Kernladungszahl 1. DieReihenfolge ergibt sich aus der Vermehrungder Protonen und Elektronen (immer einProton und ein Elektron mehr). Da die Kern -ladungszahl die Stellung eines Elements imPSE bestimmt, wird sie auch als Ordnungs -zahl bezeichnet. In der Regel wird auch dieMassenzahl des Atoms angegeben. Sieweicht von der Massenzahl des Atomkernsgeringfügig ab, weil sie die Isotope und dieElektronen mit erfasst.
Wenn man die Elemente ihrer Kernla -dungs zahl entsprechend ordnet, stellt manfest, dass in bestimmten Abständen immerwieder Elemente mit ähnlichen Eigenschaf -ten zu finden sind. Man bezeichnet sie alsElementgruppen und schreibt sie in senk-rechten Spalten untereinander. Die Gruppenwerden mit römischen Ziffern von I bis VIIIbezeichnet.
In den waagerechten Zeilen folgen Ele -mente mit verschiedenen Eigenschaften auf-einander. Da sich die Eigenschaftsab wei -chungen der Gruppenzugehörigkeit entspre -chend regelmäßig wiederholen, nennt mandie Elemente in den waagerechten Zeilenauch Perioden. Die Perioden beginnen miteinem reaktionsfreudigen Metall und endenmit einem reaktionsträgen Nichtmetall (Edel -gas).
Die Perioden werden von oben nach untenvon 1 bis 7 durchgezählt. Die Periodennum -
Der Werkstoff Metall
14
mer gibt an, wie viele Elektronenschalen dieElemente dieser Periode haben.
Bei 44 Elementen tritt die periodische Än -derung der Eigenschaften besonders deutlichauf. Diese Elemente bilden die Hauptgrup -pen des PSE. Die Gruppennummer ent-spricht der Anzahl von Elektronen auf derAußenschale des Atoms.
1.4 Metalle undNichtmetalle
In der Gruppe VIII findet man die Edelgase.Sie sind außerordentlich reaktionsträge undgehen praktisch keine Verbindung mit ande-ren Elementen ein. Sie besitzen in ihrer Au -ßenschale acht Elektronen, das sogenann-te Elektronenoktett (griech.: okto = acht).Dieses Oktett der Valenzelektronen ist sehrstabil und Ursache für die Beständigkeit derEdelgase. Eine Ausnahme bildet das Helium.Es hat nur zwei Elektronen und kann nur eineSchale haben. Diese einzige Schale ist schonmit zwei Elektronen besetzt und stabil.
Alle Atome sind bestrebt, in ihrer Außen -schale das stabile Elektronenoktett auszu-bilden. Die Atome der Elemente mit ein bisdrei Valenzelektronen erreichen diesen Zu -
stand am leichtesten, wenn sie ihre wenigenAußenelektronen abgeben. Das restlicheAtom erscheint dann nach außen nicht mehrelektrisch neutral, sondern elektropositiv,weil es nun mehr Protonen als Elektronenbesitzt. Ein elektrisch geladenes Atom nenntman Ion (griech.: ion = Wanderer), weil eszu einem entgegengesetzt geladenen Polhinwandert. Elemente, die sich wie vorste-hend beschrieben verhalten, werden alsMetalle bezeichnet.
Metalle sind Elektronendonatoren (la -tein.: donator = Geber, Spender). Sie sindbestrebt, ihre Valenzelektronen abzugebenund positive Ionen zu bilden.
Die Atome der Nichtmetalle besitzen fünfbis sieben Valenzelektronen (Edelgase aus-genommen). Sie erreichen das Elektronen -ok tett durch Aufnahme zusätzlicher Elektro -nen in ihrer Außenschale. Dadurch wird dasGleichgewicht zwischen elektrischen La -dungs trägern aufgehoben und die Atome er-halten nach außen eine negative Ladung.
Nichtmetalle sind Elektronenakzeptoren(latein.: acceptor = Empfänger). Sie sind be -strebt, Elektronen in ihre Außenschalen auf-zunehmen und negative Ionen zu bilden.
Eine Ausnahme ist Wasserstoff. Wasser -stoffatome besitzen lediglich ein Elektron. Sie
15
Kapitel 1
Die Hauptgruppe des PSE
Periode Gruppen
Tabelle 1.2 Die dunkelblauen Felder geben Metalle an, die hellblauen Felder Halbmetalle und die weißen Felder Nichtmetalle. An der ◊bezeichneten Stelle fehlen die Nebengruppen.
I II III IV V VI VII VIII
1 (K) 1 H 2 He
2 (L) 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne
3 (M) 11 Na 12 Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar
4 (N) 19 K 20 Ca 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr
5 (O) 37 Rb 38 Sr 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 J 54 Xe
6 (P) 55 Cs 56 Ba 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn
7 (Q) 87 Fr 88 Ra
geben dieses leicht ab und bilden so positi-ve Ionen.
Die lonenbildung kann man sich durchElektronenformeln veranschaulichen, z. B.
Na + Cl ’ [Na]+ [ Cl ]-
Ca + O ’ [Ca]2+ [ O ]2-
Wenn man im PSE der Hauptgruppen eineDiagonale von links oben nach rechts untenzieht, dann findet man unterhalb dieser Liniedie Metalle und oberhalb der Linie dieNichtmetalle. Die in der Tabelle 1.3 hellblaugekennzeichneten Elemente haben Eigen -schaf ten beider Stoffgruppen und werdendaher Halbmetalle genannt.
Die nicht in den Hauptgruppen aufgeführ-ten Elemente bilden Nebengruppen mit Un -tergruppen (Lanthanoide und Actinoide). DieAtome dieser Gruppen haben auf ihrer Au -ßenschale ein bis zwei Valenzelektronen. Beibeiden Gruppen werden bei zunehmenderProtonen- und Elektronenzahl weiter innenliegende Schalen aufgefüllt. Da alle Atomedieser Elementgruppen nur ein oder zweiValenzelektronen aufweisen und daher posi-tive Ionen bilden, handelt es sich hier umMetalle.
Die Elemente der Nebengruppen sindüberwiegend technisch wichtige Schwer me -talle. Die Leichtmetalle findet man vorwie-gend in den Hauptgruppen. Die Metalle inden Lanthanoid- und Actinoid-Untergruppenwerden in der Technik kaum genutzt.
1.5 Der Metallcharakterder Elemente im PSE
Innerhalb der Gruppen nimmt die Atom -größe von oben nach unten zu, weil jedesweiter unten stehende Atom eine Elektro -nenschale mehr aufweist als sein Vorgänger -element.
Innerhalb einer Periode nimmt die Atom -größe von links nach rechts ab, weil jedesweiter rechts stehende Atom mehr Protonenund Elektronen hat als sein Vorgänger. MehrLadungsträger im Atom ergeben verstärkteAnziehungskräfte zwischen Kern und Hülle,dadurch kommt es zu einer Verringerung desAbstands zwischen diesen Atomteilen: derAtomdurchmesser wird kleiner (Abb. 1.2).
Die Elektronen besitzen neben ihrer Be -wegungsenergie auch die sogenannte Lage -energie. Deren Größe hängt vom Abstanddes Elektrons zum Kern ab. Je geringer derAbstand zum Kern ist, desto stärker wirkt dieKraft zwischen den elektrischen Ladungs -trägern und desto größer ist die Energie desElektrons. Die Energie ist umgekehrt pro-portional zum Quadrat des Abstands. Ver -ringert sich z. B. der Abstand eines Elektronszum Kern um die Hälfte, so steigt seineEnergie auf den vierfachen Wert an. DieseEnergie muss überwunden werden, wennman ein Valenzelektron aus dem Atom ent-fernen will. Da hierdurch das Atom zum Ionwird, nennt man sie lonisierungsenergie.
Ist aus einem Atom ein Valenzelektron ab -gegeben worden, dann sind die elektroposi-tiven Kräfte des Kerns stärker als die ver-minderten elektronegativen Kräfte der Hülle.
Der Werkstoff Metall
16
Die Nebengruppen des PSE
Tabelle 1.3 An der mit ◊ bezeichneten Stelle fehlen die Untergruppen.
III IV V VI VII VIII VIII VIII I II
21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn
39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd
57 La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg
89 Ac
Die Elektronen werden näher an den Kernherangezogen und dadurch wird der Atom -durchmesser kleiner. Durch den kleinerenDurchmesser ergibt sich für die verbliebenenElektronen eine größere lonisierungsenergie.Zum Abspalten eines weiteren Valenzelek -trons ist also eine größere Energie als beiseinem Vorgänger erforderlich. Die lonisie-rungsenergie ist der Maßstab für den Me -tallcharakter eines Elements.
Je kleiner die lonisierungsenergie derValenzelektronen eines Atoms ist, destoleich ter werden die Elektronen abgegebenund desto stärker ist sein Metallcharakter.
Die lonisierungsenergie ist von zwei Fak -toren abhängig: Von der Anzahl der Valenz -elektronen und von der Atomgröße. Die Ele -mente der ersten Gruppe im PSE sind diebesten Elektronendonatoren. Je höher dieGruppennummer ist, desto schwieriger istdie Abgabe von Valenzelektronen. Mehr alsdreifach positive Ionen werden kaum nochgebildet. Innerhalb einer Gruppe nimmt dielonisierungsenergie von oben nach untenab, weil der Atomdurchmesser steigt.
Je weiter links und je weiter unten einElement im PSE steht, desto ausgeprägter istsein Metallcharakter.
1.6 Die metallischeBindung
In festen Körpern geben die meisten Me -tallatome ihre Valenzelektronen ab und wer-
den zu Atomrümpfen mit einer positivenelek trischen Ladung (Ionen). Die abgespal-tenen Elektronen werden nicht von anderenAtomen gebunden, sondern verbleiben un -gebunden zwischen den Atomrümpfen. Siesind daher frei beweglich und bilden dassogenannte Elektronengas. Zwischen denAtomrümpfen und dem Elektronengas wir-ken elektrostatische Anziehungskräfte. DieseKräfte wirken nach allen Seiten im Raum,also nicht nur in bestimmten Richtungen.
Eine Minderzahl der Metallatome gibt dieValenzelektronen nicht ab, sondern verbin-det sich über diese Elektronen direkt mit zweioder mehreren anderen Atomen.
In einem festen Metall kommen also vor:
• positive Ionen• freie Elektronen• Atome
Jedes Metall hat ein spezifisches Verhältniszwischen seiner Masse und der Anzahl derfreien Elektronen. So ist es zu erklären, dassdie metallischen Eigenschaften bei den ver-schiedenen Metallen unterschiedlich starkausgeprägt sind.
Zum Verständnis der meisten Metalleigen -schaften genügt die Vorstellung vom Aufbauder Metalle aus positiven Ionen und freienElektronen. Da dieser Zustand typisch fürden Zusammenhalt von Metallen ist, cha-rakterisiert man ihn als metallische Bindung(Abb. 1.3).
17
Kapitel 1
Abb. 1.2 Änderung der Atomradien in den Perioden und Gruppen. Angaben der Radien in 10–12 m (Pikometer).
O73
N75
C77
B82
Be112
Li155
Na190
Mg160
Al143
Si111
P106
S102
Cl99
F72
H32
1.7 Kennzeichen der Metalle
Die Metallbindung ist Ursache für charak-teristische Eigenschaften der Metalle. DieAusprägung des Metallcharakters hängt vonder Stellung des Elements im PSE ab. Zwi -schen den Metallen und Nichtmetallen gibtes fließende Übergänge. Ein Grundstoff wirdden Metallen zugeordnet, wenn er überwie-gend metallische Eigenschaften hat. Grund -stoffe, die man nicht in die Gruppe der Me -talle oder Nichtmetalle einreihen kann,nennt man Halbmetalle (Metalloide). In derTabelle 1.2 (PSE) sind die Halbmetalle hell-blau gekennzeichnet.
• Metalle bilden positive IonenDie Freigabe von Außenschalen elek tro -nen und deren gemeinsame Verwen -dung (Elektronengas) bestimmt den Io -nencharakter der Metalle.
• Metalle sind bei Raumtemperatur fest(Ausnahme: Quecksilber).Dieser Aggregatzustand ist darauf zu -rückzuführen, dass zwischen den Me -tallionen und dem Elektronengas über-all starke Anziehungskräfte bestehen,die nach allen Seiten gleichmäßig wir-ken. Diese starken Kräfte bewirken ei -nen festen Zusammenhalt der Masse -
teilchen, die einen metallischen Körperaufbauen.
• Metalle haben ein kristallines GefügeWeil die Anziehungskräfte gleichmäßignach allen Seiten wirken, haben die Me -tallionen eine regelmäßige Lage zuei-nander (Abb. 1.3). Feste Materie mit ei -ner regelmäßigen Anordnung der Mas -seteilchen bezeichnet man als kristallin(griech.: krystallos = Eis).
• Metalle sind gute ElektrizitätsleiterDa in den Metallen die Elektronen freibeweglich und an keine anderen Stoff -teilchen gebunden sind, können sie alskleine Ladungsträger hier schnell be -wegt werden. Wir bezeichnen allgemeindie Bewegung von Ladungen in Vor -zugsrichtung als elektrischen Strom.Nichtmetalle besitzen in der Regel keinefreien Elektronen. Sie leiten daher denelektrischen Strom nicht, sie sind Isola -toren.
• Metalle sind gute WärmeleiterAls Wärme bezeichnet man die kineti-sche Energie von Stoffteilchen (griech.:kinesis = Bewegung). Sie äußert sichunter anderem in der Bewegung vonMolekülen. Bei den Metallen können diefrei beweglichen Elektronen die zuge-führte Wärme schnell in Bewegung um -setzen und die aufgenommene kineti-sche Energie auf das gesamte Elektro -nengas und auf die Atomrümpfe einesKörpers übertragen. Bei den Nichtme -tallen werden durch die Energie Mole -kü le bewegt, die eine größere Masse alsElektronen haben. Um diese großenMasseteilchen in Bewegung zu setzen,ist wesentlich mehr Energie als bei denElektronen erforderlich. Die Wärmeleit -fähigkeit der Nichtmetalle ist daher we -sentlich schlechter als die der Metalle.
• Metalle besitzen nur eine geringeLichtdurchlässigkeitSie sind bereits in ganz dünnen Schich -ten undurchsichtig.
• Metalle haben im festen Zustand glän-zende OberflächenSie reflektieren auffallendes Licht in ho -hem Maße.
Der Werkstoff Metall
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Abb. 1.3 Atomrümpfe mit freien Elektronen bilden kristallineGefüge
• Metalle haben eine weiße bis hell-graue Farbe (Ausnahmen: Gold, Kup -fer)Die optischen Eigenschaften sind mitden bisher beschriebenen einfachenMo dellvorstellungen vom Aufbau derMetalle nicht ausreichend zu erklären. Instark vereinfachender Weise kann mansich vorstellen, dass die Metallbindungeine dichte Packung der Masseteilchen bewirkt. Zwischen diesen dicht gepack-ten Teilchen verbleiben kaum Hohlräu -me als Durchtrittsstellen für Lichtstrah -len. Daher reflektieren Metalle auffal-lendes Licht bis zu 95 %. Je größer dasReflexionsvermögen eines Metalls ist,desto stärker ist sein Glanz und destoheller ist seine Farbe.
• Metalle können Legierungen (Mischun -gen) bildenDies ist möglich, weil alle Atomrümpfepositive Ionen mit einem Elektronen -oktett der äußeren Schale sind. Sie kön-nen daher gegeneinander ausgetauschtwerden.
• Metalle können (normalerweise) imkal ten Zustand plastisch verformt wer-denBei einer Verschiebung der Atomrümpfegegeneinander infolge einer Kaltverfor -mung bleibt die Bindung durch dasElek tronengas erhalten. Bei Salzen mitlonenbindung ziehen sich in der Ruhe -lage benachbarte positive und negati-ve Ionen an. Bei einer Kaltverformungwerden die Ionen gegeneinander ver-schoben und dafür ist ein erheblicherKraftaufwand erforderlich. Wenn danngleichartige Ionen sich gegenüberlie-gen, kommt es zu einer Abstoßung derIonen und damit zu einem Bruch imGefüge. Im Gegensatz zu Metallen sindSalze daher spröde.
• Metalldämpfe sind einatomigWenn Metalle zum Sieden gebrachtwer den, dann wird die durch die Metall -bindung bedingte Struktur zerstört. DieAtomrümpfe, die die Schmelze verlas-sen, nehmen ihre VaIenzelektronen aufund werden so wieder zu neutralen Ato -men.
1.8 Kristalle und KristalliteDas erste Verfahren zur Untersuchung derMetalle mithilfe der Röntgenstrahlen ist imJahre 1912 von Max v. Laue entwickelt wor-den. Heute gibt es verschiedene Abwand -lungen dieser Untersuchungsmethode. Manlässt Röntgenstrahlen durch eine Bleiblendeauf ein isoliertes Metallkorn, auf Drähte oderBleche oder auf pulverförmiges Metall, dassich in einem dünnen Glasröhrchen befin-det, fallen. Dabei wird die reflektierte Rönt -genstrahlung zur Erzeugung von entspre-chenden Fotos genutzt (Abb. 1.4).
Die neueste Möglichkeit der Werkstoff un -tersuchung stellt die Atomkraftfeld-Mikro -skopie dar. Mit dieser Methode können com-puteranimierte Darstellungen des dynami-schen Verhaltens von Atomgittern gezeigtwerden (Abb. 1.5).
Die kleinsten Bausteine eines Metalls sinddie Atomrümpfe (Ionen) und freie Elektro -nen. Die Metallionen (Atomrümpfe) sind re -gelmäßig angeordet, haben also einen kris-tallinen Aufbau.
Dem regelmäßigen inneren Aufbau ent-spricht auch die äußere Form des Kristalls.Kristalle sind Körper mit ebenen Begren -zungs flächen und geraden Kanten, die inbestimmten (für die Kristallart charakteristi-schen) Winkeln zueinander stehen. Zerklei -
19
Kapitel 1
Abb. 1.4 Laue-Diagramm
nert man einen Kristall, hat jedes Bruchstückwieder ebene Begrenzungsflächen und gera-de Begrenzungskanten.
Kristalle bilden sich in unterkühlten Schmel -zen und übersättigten Lösungen (Salz kris -talle). Beim Abkühlen einer Metall schmelzebilden sich bei der ErstarrungstemperaturKristallkeime. An diese Keime lagern sichimmer mehr Metallatome an. Man nenntdies Kristallwachstum.
Wird das Wachsen eines kristallinen Kör -pers behindert, können keine regelmäßigenBegrenzungsflächen und Kanten entstehen.Der Körper erhält eine unregelmäßige Ge -stalt. Man nennt ihn Kristallit.
Kristalle und Kristallite haben einen gleich-artigen inneren Aufbau, aber eine unter-schiedliche äußere Form.
In einem Kristall oder einem Kristallitenkönnen beliebig viele Bausteine (Atome) vor-handen sein. Demnach kann der gleicheStoff verschieden große Kristallite ausbilden.
Bei den Metallen bezeichnet man die Kris -tallite auch als Körner. Das gleiche Metallkann verschieden große und kleine Körnerenthalten. Die Korngröße hat einen wesent-lichen Einfluss auf die Eigenschaften desMetalls.
Amorphe Stoffe (griech.: morphe = Ge -stalt, Form), z. B. Gläser, Porzellane undKunststoffe, haben einen anderen Aufbau alskristalline Stoffe. In ihnen haben die Atomebzw. Moleküle keine gesetzmäßige Lagezueinander. Sie sind vielmehr regellos ver-teilt. Nach dem Zerkleinern zeigen amorpheStoffe unregelmäßige Bruchstellen. Bei Glä -sern spricht man z. B. von einem muscheli-gen Bruch, weil die Bruchstellen wie Mu -schel schalen gewölbt sind.
1.9 Kristallgitter
Wir wissen, dass Metallkristallite aus Atom -rümpfen und freien Elektronen aufgebautsind. Die Atomrümpfe haben immer einegesetzmäßige Lage zueinander, die typischfür Kristalle ist. Dagegen sind die Elektronenfrei beweglich, ihre Lage ist für die Kristall -struktur ohne Bedeutung. Deshalb soll hierauch nur die Lage der Atomrümpfe erörtertwerden.
Die Atomrümpfe bestehen aus einemAtom kern und Elektronenschalen, die denKern umgeben. Diese Teile bilden eine Ein -
Der Werkstoff Metall
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Abb. 1.5Atomkraftfeld-Mikroskop
Laser
Umlenkspiegel
Photosensor
Cantilever
Spitze
