cr_home Nichtmetalle Strukturchemie FK-Chemie Interm. Phasen Oxide Silicate Strukturtypen
Inhalt Kap. 1 Kap. 2 Kap. 3 Kap. 4 Kap. 5 Kap. 6 Kap. 7 Kap. 8 Kap. 9 Literatur

Vorlesung Chemie der Metalle

1. Einleitung, Allgemeines

1.4. Strukturen der Metalle


Fast alle Metalle kristallisieren in einem der drei folgenden Strukturtypen:

Die drei Strukturtypen bauen auf zwei Anordnungen von Kugeln in der Ebene auf:

Zu den drei Strukturen im Detail:

Die Tabelle 1.4.1. faßt die drei Strukturtypen zusammen.
Packung b.c.c. h.c.p. f.c.c.
kubisch innenzentrierte P. hexagonal dichteste P. kubisch dichteste P.
Basispackung d. Ebene
Stapelfolge
|:A-B:| |:A-B:| |:A-B-C:|
Elementarzelle
VRMLs (Kugeln) Ausschnitt Ausschnitt Elementarzelle
VRMLs (Koordinationspolyeder) 8+6 Antikuboktaeder Kuboktaeder

Tab. 1.4.1. Abbildungen zu den Strukturen der Metalle VL 1.2. unten

In seltenen Fällen finden sich auch andere Stapelfolgen, z.B. gibt es bei den Lanthanoiden auch Vertreter mit einer sogenannten doppelt-hexagonalen Stapelung, der Stapelfolge |:A-B-A-C:|.

Viele Metalle sind darüberhinaus polymorph, d.h. es gibt abhängig von Temperatur und Druck unterschiedliche Strukturen. Ein wichtiges Beispiel ist das Eisen mit den folgenden temperaturabhängigen Phasenumwandlungen:

α-Fe (bcc) ⟶ 910 oC ⟶ γ-Fe (fcc) ⟶ 1390 oC ⟶ δ-Fe (bcc)

Die Verteilung der Strukturtypen im Periodensystem ist der folgenden Übersicht Abb. 1.4.1. zu entnehmen:

Abb. 1.4.1. Strukturen der Metalle SVG VL 1.2. Mitte
Die Abfolge der Strukturtypen ist nur mit Rechnungen auf aktuellem theoretischen Niveau über die elektronischen Strukturen erklärbar (Details dazu siehe Kap. 2.3. der Vorlesung Intermetallische Phasen).
Der Strukturtyp eines Metalls bestimmt auch entscheidend die mechanischen Eigenschaften der Metalle: Metalle und Legierungen mit kubisch dichtester Kugelpackung (f.c.c.) haben die meisten sog. 'Gleitsysteme', d.h. die Verscheibung der Schichten gegeneinander ist in vielen Richtungen relativ einfach möglich. Diese Metalle sind daher duktil und damit mechanisch einfach zu verarbeiten (z.B. Cu).

Die beiden dichtesten Kugelpackungen sind in mehrfacher Hinsicht für die gesamte Strukturchemie wichtig, denn:

Viele weitere Informationen und auch die Strukturchemie der wenigen Metalle mit abgeleiteten Packungen sind in der Vorlesung Intermetallische Phasen im Kapitel 2 zu finden.

Im folgenden beginnt die Besprechung der Chemie der Hauptgruppenmetalle, beginnend im Periodensystem links mit der sehr einheitlichen Gruppe der Alkalimetalle (I. Hauptgruppe, 1. Gruppe, Kap. 2).

Inhalt Kap. 1 Kap. 2 Kap. 3 Kap. 4 Kap. 5 Kap. 6 Kap. 7 Kap. 8 Kap. 9 Literatur
cr_home Nichtmetalle Strukturchemie FK-Chemie Interm. Phasen Oxide Silicate Strukturtypen