Werkstoffkunde Chemische Bindungsarten

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1 Folie 1/27 Die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms (Außenelektronen oder Valenzelektronen genannt) bestimmen maßgeblich die chemischen Eigenschaften. Jedes Atom hat dabei das Bestreben die im Periodensystem nächstgelegene Edelgaskonfiguration zu erreichen. Helium He Neon Ne Argon Ar

2 Folie 2/27 Die Edelgaskonfiguration entspricht einer voll besetzten Außenschale und ist i.d.r. durch 8 Valenzelektronen gekennzeichnet (Ausnahme: Helium mit 2 Außenelektronen). Die Edelgaskonfiguration wird dadurch erreicht, dass die Atome chemische Bindungen eingehen und somit Außenelektronen entweder Helium He Neon Ne Argon Ar

3 Folie 3/27 Die Edelgaskonfiguration entspricht einer voll besetzten Außenschale und ist i.d.r. durch 8 Valenzelektronen gekennzeichnet (Ausnahme: Helium mit 2 Außenelektronen). Die Edelgaskonfiguration wird dadurch erreicht, dass die Atome chemische Bindungen eingehen und somit Außenelektronen entweder - aufnehmen bzw. abgeben (Ionenbindung, Metallbindung), oder Helium He Neon Ne Argon Ar

4 Folie 4/27 Die Edelgaskonfiguration entspricht einer voll besetzten Außenschale und ist i.d.r. durch 8 Valenzelektronen gekennzeichnet (Ausnahme: Helium mit 2 Außenelektronen). Die Edelgaskonfiguration wird dadurch erreicht, dass die Atome chemische Bindungen eingehen und somit Außenelektronen entweder - aufnehmen bzw. abgeben (Ionenbindung, Metallbindung), oder - gemeinsam mit anderen Atomen verwenden (kovalente Bindung). Helium He Neon Ne Argon Ar

5 Folie 5/27 Die kovalente Bindung (auch Atombindung genannt) tritt hauptsächlich bei der Bindung zweier Nichtmetalle auf. Die an der Bindung beteiligten Atome, verwenden dabei gemeinsam Außenelektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. H H C H H

6 Folie 6/27 Die kovalente Bindung (auch Atombindung genannt) tritt hauptsächlich bei der Bindung zweier Nichtmetalle auf. Die an der Bindung beteiligten Atome, verwenden dabei gemeinsam Außenelektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. H C H H H

7 Folie 7/27 Die kovalente Bindung (auch Atombindung genannt) tritt hauptsächlich bei der Bindung zweier Nichtmetalle auf. Die an der Bindung beteiligten Atome, verwenden dabei gemeinsam Außenelektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Neben Neben Gasen Gasen hat hat diese diese Bindungsart Bindungsart vor vor allem allem bei bei Kunststoffen Kunststoffen und und Keramiken Keramiken eine eine besondere besondere Bedeutung. Bedeutung. H C H H H

8 Folie 8/27 Die Ionenbindung tritt hauptsächlich bei der Bindung eines Nichtmetalls mit einem Metall auf. Um die Edelgaskonfiguration zu erreichen geben die an der Bindung beteiligten Metallatome dabei Außenelektronen ab, die von den Nichtmetallatomen aufgenommen werden. Natrium Na Chlor Cl

9 Folie 9/27 Die Ionenbindung tritt hauptsächlich bei der Bindung eines Nichtmetalls mit einem Metall auf. Um die Edelgaskonfiguration zu erreichen geben die an der Bindung beteiligten Metallatome dabei Außenelektronen ab, die von den Nichtmetallatomen aufgenommen werden. Natrium Na Chlor Cl

10 Folie 10/27 Aus dem Metallatom wird nach Abgabe der Elektronen ein positiv geladenes Ion (Kation genannt). Aus dem Nichtmetallatom wird nach Aufnahme der Elektronen hingegen ein negativ geladenes Ion (Anion genannt). Na + Ion Cl - Ion

11 Folie 11/27 Der Zusammenhalt zwischen den Metall- und Nichtmetallatomen kommt durch die elektrostatische Anziehung der entstehenden Ionen zustande. NaCl Na + Anziehung Cl -

12 Folie 12/27 Der Zusammenhalt zwischen den Metall- und Nichtmetallatomen kommt durch die elektrostatische Anziehung der entstehenden Ionen zustande. Diese Diese Bindungsart Bindungsart hat hat besondere besondere Bedeutung Bedeutung für für Keramiken. Keramiken. NaCl Na + Anziehung Cl -

13 Typische Gitterstruktur einer Ionenbindung: Folie 13/27 Na + Cl -

14 Folie 14/27 Wird das Ionengitter verformt (= Abgleiten einzelner Gitterebenen), so Na + Cl -

15 Folie 15/27 verschieben sich die einzelnen Gitterblöcke und es treffen gleichnamige Ladungen aufeinander. Na + Cl -

16 Folie 16/27 Die elektrostatischen Abstoßungskräfte reißen das Gitter auf und der Werkstoff bricht. Na + Cl -

17 Folie 17/27 Die elektrostatischen Abstoßungskräfte reißen das Gitter auf und der Werkstoff bricht. Dies Dies ist ist der der Grund Grund weshalb weshalb sich sich Keramiken Keramiken relativ relativ spröde spröde verhalten! verhalten! Na + Cl -

18 Folie 18/27 Die Metallbindung tritt hauptsächlich bei der Bindung zweier Metalle auf. Dabei geben die Metallatome untereinander alle ihre Außenelektronen ab und erreichen somit die Edelgaskonfiguration. Aluminium Al

19 Folie 19/27 Die Metallbindung tritt hauptsächlich bei der Bindung zweier Metalle auf. Dabei geben die Metallatome untereinander alle ihre Außenelektronen ab und erreichen somit die Edelgaskonfiguration. Aluminium Al

20 Folie 20/27 Die Metallatome werden nach Abgabe der Elektronen zu positiv geladenen Kationen. Zwischen diesen positiv geladenen Atomrümpfen, bilden die abgegeben Elektronen das sogenannte Elektronengas. Al 3+ Kation Al 3+ Elektronengas (3e - )

21 Folie 21/27 Der Zusammenhalt der Atome kommt durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Atomrümpfen und dem Elektronengas zustande. Al 3+ Kation Al 3+ Elektronengas (3e - )

22 Folie 22/27 Der Zusammenhalt der Atome kommt durch die elektrostatische Anziehungskraft zwischen den Atomrümpfen und dem Elektronengas zustande. Die Die freien freien Elektronen Elektronen im im Elektronengas Elektronengas sind sind letztlich letztlich die die Ursache Ursache für für die die im im Allgemeinen Allgemeinen gute gute elektrische elektrische und und thermische thermische Leitfähigkeit Leitfähigkeit der der Metalle. Metalle. Al 3+ Kation Al 3+ Elektronengas (3e - )

23 Typische Gitterstruktur einer Metallbindung: Folie 23/27 Al 3+

24 Folie 24/27 Wird das Metallgitter verformt (= Abgleiten einzelner Gitterebenen), so Al 3+

25 Folie 25/27 verschieben sich die einzelnen Gitterblöcke. An der prinzipiellen Gitterstruktur ändert sich allerdings nichts. Al 3+

26 Folie 26/27 verschieben sich die einzelnen Gitterblöcke. An der prinzipiellen Gitterstruktur ändert sich allerdings nichts. Dies Dies ist ist der der Grund Grund weshalb weshalb sich sich Metalle Metalle relativ relativ gut gut verformen verformen lassen. lassen. Al 3+

27 Folie 27/27 ENDE

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