legierungen: beispiel zinn - chemische bindung...
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Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Legierungen: Beispiel Zinn
Chemische Bindung – Strukturen – Eigenschaften – Anwendung
Elemente – Molekule – technische Produkte
AGP-’Vorlesung’, 10.2015, C. Rohr
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhaltnisse – Struktur ??
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhaltnisse – Struktur ??
?? Elemente – Elementverhaltnisse/chemische Zusammensetzung ??
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhaltnisse – Struktur ??
?? Elemente – Elementverhaltnisse/chemische Zusammensetzung ??
?? Stabilitat ?? chemische Bindung ??
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Metalle und Legierungen
Eigenschaften
gute elektrische und Warmeleiter
vielfaltige (einstellbare) mechanische
Eigenschaften
ungewohnliche mechanische
Eigenschaften (’Gestalterinnernde
Legierungen’)
ferromagnetisch
Supraleiter
heterogen-katalytische Eigenschaften
auch nichtkristallin 7→ metallische
Glaser, Quasikristalle
Anwendung
mit weitem Abstand
wichtigste mechanische
Werkstoffe (Maschinenbau)
Werkstoffe der Elektrotechnik
und Elektronik
Baustoffe
Magnetwerkstoffe (inkl.
Supraleitende Magnete)
Heterogenkatalysatoren
Thermoelektrika
Elektrodenmaterialien ...
?? Struktur – Eigenschaft ??
?? Elemente/Elementverhaltnisse – Struktur ??
?? Elemente – Elementverhaltnisse/chemische Zusammensetzung ??
?? Stabilitat ?? chemische Bindung ??
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
metallischionisch
kovalent
Ionenkristalle
VerbindungenKovalente
Elemente
∆
LegierungenMetalle
EN ΣEN
Bindungstypen nach EN
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
ionischkovalent metallisch
Stabilität?
Coulomb
?Bindungs−energie+vdW−WW
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
ionischkovalent metallisch
Bindung, CN
gerichtet
ungerichtet
mittlere ReichweiteCN: 4−8
CN: 8−24weitig
langreich−kurzreich−
weitig
CN: 0−4
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
ionischkovalent metallisch dichte
8−N−RegelVSEPRWade−Regeln(MO−Theorie)
Packungen ?
einfache Struktur−Konzepte
Pauling−Regeln
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck der Bindungstypen
ionischkovalent
∆ E=0
E∆
E∆
ZustandsdichtenBandstruktur
E
(totale und partielle) DOS(totale und partielle) DOS
E
LB
VB
E
LB
VB
∆ E
ΓBandstruktur
VB
LB
totale DOS pDOS Anion ΓBandstruktur
E
pDOS Kation
EE E
E
ΓBandstruktur
EF
EFEFEF
EF
EF
EF
kovalenter Bdg.ausgdehnter
1/Richtung 1/Richtungohne ausgdehnte
kovalenter Bdg.
metallisch
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
PSE
5
He
Ne
Ar
Rn
Xe
At
Kr
I
Br
Cl
FO
S
Se
P
NCB
Al Si
Ge
Sn Sb Te
PoBiPb
In
Ga
Th
Ce Pr Nd Sm Eu Gd
UPa Np Pu Am Cm
Cd
ZnCuNi
Pd
PtIr
Rh
CoFe
Ru
Os
HnBhRf
W Re
Tc
MnCr
Mo
Ta
Nb
VTi
Zr
HfLa
Y
Sc
DbAcRaFr
Ba
Sr
Ca
MgNa
K
BeLi
Rb
Cs
Mt
Au
Tb Lu
LrNo
Yb
MdFm
ErHo
EsCf
Dy
Bk
As
Ag
TlHg
TmPm
3 4 6 87 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18VIIVIIII IV V VIII
II2
H
I1
Jl
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
PSE
5 Al
Ge
Sn Sb
BiPb
In
Ga
Th
Ce Pr Nd Sm Eu Gd
UPa Np Pu Am Cm
Cd
ZnCuNi
Pd
PtIr
Rh
CoFe
Ru
Os
HnBhRf
W Re
Tc
MnCr
Mo
Ta
Nb
VTi
Zr
HfLa
Y
Sc
DbAcRaFr
Ba
Sr
Ca
MgNa
K
BeLi
Rb
Cs
Mt
Au
Tb Lu
LrNo
Yb
MdFm
ErHo
EsCf
Dy
Bk
Ag
TlHg
TmPm
3 4 6 87 9 10 11 12
III IV VII2
I1
Jl
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
PSE
5 Al
Ge
Sn Sb
BiPb
In
Ga
Ce Pr Nd Sm Eu
Cd
ZnCuNi
Pd
PtIr
Rh
CoFe
Ru
OsW Re
Tc
MnCr
Mo
Ta
Nb
VTi
Zr
HfLa
Y
Sc
RaFr
Ba
Sr
Ca
MgNa
K
BeLi
Rb
Cs Au
LuYbErHoDy
Ag
TlHg
TmPm
3 4 6 87 9 10 11 12
III IV VII2
I1
B2
A2
A1B1
Gd Tb
Ac Db Jl Rf Bh Hn Mt
Th Pa U Np Pu Bk Cf Es Fm Md No LrCmAm
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Gruppierung der Metalle
A1: Alkali- und Erdalkali-Metalle, Seltene Erden
elektropositivsehr große Metallradien
A2: Ubergangsmetalle (ohne Zn, Cd, Hg)
sehr ahnliche Metallradiengleiche Elektronegativitatenunterschiedliche Zahl von Valenzelektronen
B1: Zn-Gruppe, Triele, Sn und Pb
starker elektronegativkristallisieren in besonderen Metall-Strukturen, die nicht mit kovalentenKonzepten erklart werden konnen
B2: Si, Ge, Elemente der V. und VI.-Hauptgruppe
Kristallchemie mit der 8-N-Regel erklarbar(Grimm-Sommerfeld-Verbindungen)Ubergang zu den Nichtmetallenbereits geringe Bandlucken
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Ketelaar-Dreieck mit Legierungen
ionischkovalent
Legierungen
A1 B2
A1 B1
A1 A2
A1 A1A2 −A2
B1 − B2
B2 − B2
Zint
l
metallisch
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
PSE: Auswahl Metalle
5
Sn
Cu
Nb
Cs
3 4 6 87 9 10 11 12
III IV VII2
I1
B2
A2
A1B1
Ge
Sb
BiPbTl
In
Ga
Al
Zn
Cd
Hg
Ag
AuPt
Ni
Pd
Co
RhRuTc
MnCr
Mo
W Re Os Ir
MtHnBhRfJl
LuYbEr TmHoDyTbGdEuSmPmNdPr
Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
TaHf
Zr
DbAc
Th
Ce
RaFr
Ti V Fe
La
Y
Sc
Ba
Sr
Ca
Mg
BeLi
Na
K
Rb
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Strukturbestimmende Grossen in intermetallischen Phasen
Elektronenzahlen 7→ v.e.c.
Ladungsubertrag 7→ (χA − χM)
Radienverhaltnisse
VE-Zahl 1 2 3b 5b 1b 3 4
Na - Al Si
χ1 1.01 - 1.47 1.74
r2Kation 139 - - -
r3Metall 190 - 143.2 131.9
K Ca V Cu Ga Ge
χ 0.91 1.04 1.9 1.82 2.02
rKation 164 134 - - -
rMetall 234 197 128 141.1 136.9
Rb Sr Nb Ag In Sn
χ 0.89 0.99 1.60 1.49 1.72
rKation 172 144 - - -
rMetall 248 215 147 166.3 162.3
Cs Ba La Ta Au Tl Pb
χ 0.86 0.97 1.08 1.44 1.55
rKation 188 161 136 - -
rMetall 267 224 187 171.6 175.0
1: Allred-Rochow; 2: Shannon fur CN = 12; 3: Gschneidner/Waber fur CN = 12
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Strukturbestimmende Grossen in intermetallischen Phasen
Elektronenzahlen 7→ v.e.c.
Ladungsubertrag 7→ (χA − χM)
Radienverhaltnisse
VE-Zahl 1 2 3b 5b 1b 3 4
Na - Al Si
χ1 1.01 - 1.47 1.74
r2Kation 139 - - -
r3Metall 190 - 143.2 131.9
K Ca V Cu Ga Ge
χ 0.91 1.04 1.9 1.82 2.02
rKation 164 134 - - -
rMetall 234 197 128 141.1 136.9
Rb Sr Nb Ag In Sn
χ 0.89 0.99 1.60 1.49 1.72
rKation 172 144 - - -
rMetall 248 215 147 166.3 162.3
Cs Ba La Ta Au Tl Pb
χ 0.86 0.97 1.08 1.44 1.55
rKation 188 161 136 - -
rMetall 267 224 187 171.6 175.0
1: Allred-Rochow; 2: Shannon fur CN = 12; 3: Gschneidner/Waber fur CN = 12
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Atomare und physikalische Eigenschaften von Zinn
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 5s2 4d10 5p2 (4 Valenzelektronen)rMetall = 162.3 pmχ = 1.72Λ = 9.09 · 104 Ω−1cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 231.91 oC
dimorph: α-Sn>13.2oC−−−−−→
<13.2oCβ-Sn; +2.09 kJ/mol
metallisches β-Zinn
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
α- und β-Zinn: Kristallstrukturen und Eigenschaften
graues Sn (< 13.2 oC)
ρ = 5.769 gcm−3
sprode
Diamantstruktur (A4)
CN = 4 (dSn−Sn = 281 pm)
• (lokal, ruby)
metallisches/weißes Sn (> 13.2 oC)
ρ = 7.285 gcm−3
eigener Strukturtyp
CNSn = 4 + 2
(dSn−Sn = 301.6 (4×) + 317.5 (2×) pm)
• (lokal, ruby)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zustandsdichten von α- und β-Zinn
-10 -8 -6 -4 -2 0 2E-EF [eV]
0,0
0,5
1,0
1,5
DO
S [e
v-1 E
Z-1
]
0
totalSn sSn p
-10 -8 -6 -4 -2 0 2
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
DO
S [e
V-1
EZ
-1]
0
totalSn sSn p
α-Sn
β-Sn
FP-LAPW, Wien2k, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
α-Sn: Bandstruktur
Sn
W
W
L
L
Λ
Λ
Γ ∆ X Z W K
E F
Ene
rgie
(eV
)
0
2
−2
−4
−6
−8
−8.0
−10
−10.0
∆Γ
UQ
K W Z
S
Σ
ΛL
X
FP-LAPW, Wien2k, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Sn + Cu
+
Kupfer: atomare und physikalische Eigenschaften
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 4s1 3d10 4p0 (1 Valenzelektron)rMetall = 127.8 pmχ = 1.75Λ = 5.9559 · 105 Ω−1cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 1083.4 oCf.c.c.-Struktur
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Cu + Sn (Bronze): Phasendiagramm
α
640°
350°
γ
232°
798°
227°η
η
415°
β
350°
ε
798°
520°
586°γ
ζ
δ
ε 640°
582°
676°
415°
1000
900
800
700
600
500
400
300
100
200
0 20
Cu40 60 80 100
Sn
189° 186°
520°
586°
Tem
pera
tur
[°C
]
Atom.−% Sn
1083°
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Hume-Rothery-Phasen (’Elektronenverbindungen’)
William Hume-Rothery
1899 – 1968
(University of Oxford)
Hume-Rothery-Regeln (1928)
Unterschiede der Metallradien <15 %
Elektronegativitatsdifferenz klein
gleiche Valenzelektronenzahl 7→ feste Losungen
unterschiedliche Valenzelektronenzahl 7→ Phasenfolgeabhangig von der Valenzelektronenkonzentration (v.e.c.)
α (f.c.c.) bei niedriger v.e.c.β und β’ (b.c.c.) fur v.e.c. = 21
14= 1.5
Cu5Sn: (5×1 + 1×4)/6 = 9/6 = 1.5
γ (komplexe b.c.c.-Uberstruktur) fur v.e.c. = 2113
= 1.615Cu31Sn8: (31×1 + 8×4)/39 = 63/39 = 21/13
... δ ... ζ ...ǫ (h.c.p.) fur v.e.c. = 21
12= 1.75
Cu3Sn: (3×1 + 1×4)/4 = 21/12
η
1936 durch Mott und Jones mittels NFE-Ansatz
(Beruhrung der Fermikugel mit dem BZ-Rand) ’erklart’
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Struktur von γ-Messing
γ
27 x bcc − 0,0,0 und − 1/2,1/2,1/2Umgebung eines ´Loches´
Im3m
Kuboktaeder
Oktaeder
Kuboktaeder
Oktaeder
Würfel
Tetraeder
Tetraeder
24 Zn(II): xxz, x=0.313, z=0.036
8 Zn(I): xxx, x=0.110
8 Cu(I): xxx, x=−0.172
12 Cu(II): x00, x=0.355
I43m
−Messing
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Eigenschaften und Verwendung von Bronze
ca. 7 % Sn: fur zahfeste
Maschinenteile (s. links)
20-25 % Sn: Glockenbronze
(fur Guß geeignet)
5000
15000 BronzeMessing
100002
2
δα β γ ε η α ε η
3Cu Sn
Cu Sn3 2
Cu Sn31 8
5000
10000E
−M
odul
[kg/
mm
]
E−
Mod
ul [k
g/m
m ]
Atom % SnAtom % Zn
E-Module von Messing und Bronze
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Sn + Nb
+
Nb: atomare und physikalische Eigenschaften des ElementsElektronenkonfiguration: 5s2 4d2 5p1 (5 Valenzelektronen?)rMetall = 147 pmχ = 1.60b.c.c.-StrukturMp = 2468 oCΛ = 8.0 · 104 Ω−1cm−1
Verbindungen: nur stochiometrische Phasen,jeweils mit eigenen Strukturtypen
Nb3Sn (Cr3Si-Typ)Nb6Sn5 (Tl6Sn5)NbSn2 (Mg2Cu-Typ)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Sn + Nb
+
Nb: atomare und physikalische Eigenschaften des ElementsElektronenkonfiguration: 5s2 4d2 5p1 (5 Valenzelektronen?)rMetall = 147 pmχ = 1.60b.c.c.-StrukturMp = 2468 oCΛ = 8.0 · 104 Ω−1cm−1
Verbindungen: nur stochiometrische Phasen,jeweils mit eigenen Strukturtypen
Nb3Sn (Cr3Si-Typ)Nb6Sn5 (Tl6Sn5)NbSn2 (Mg2Cu-Typ)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Frank-Kasper-Phasen
Frederick Charles Frank∗
(1911 – 1998)
J. S. Kasper∗
Frank-Kasper-Strukturen
Unterschiede der Metallradien >15 %
dichteste Packungen ungleich großer Kugeln
Idee: Vermeidung der großen Oktaederlucken 7→
Tetraederpackungen
Koordinationspolyeder ausschließlich mit Dreiecksflachen
7→ Frank-Kasper-Polyeder
CN 12Ikosaeder CN 14
2−fach überkapptes
CN 153:3:3:3:3
CN 164−fach überkapptesgekapptes Tetraederhexagonales Antiprisma
∗F. C. Frank, J. S. Kapser, Acta Crystallogr. 11, 184 (1958). ibid. 12, 483 (1959).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: Kristallstruktur
Cr3Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringendeFK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)CNNb = 14 (doppeltuberkapptes hexagonalesAntiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: Kristallstruktur
Cr3Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringendeFK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)CNNb = 14 (doppeltuberkapptes hexagonalesAntiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: Kristallstruktur
Cr3Si-Typ, kubisch,
Raumgruppe Pm3n
dNb−Nb = 264.3 pm (2×)
7→ Nb-Ketten mit starker
d-d-Wechselwirkung
einander durchdringendeFK-Polyeder
CNSn = 12 (Ikosaeder, FK-12)CNNb = 14 (doppeltuberkapptes hexagonalesAntiprisma, FK-14)
• ohne Polyeder (lokal, ruby)
• mit Ikosaeder (lokal, ruby)
• beide Polyeder (lokal, ruby)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: elektronische Struktur (Zustandsdichten)
-8 -6 -4 -2 0 2E-EF/eV
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
DO
S [e
V-1
EZ
-1]
0
Sn sSn pNb d-eg
Nb d-tg
-8 -6 -4 -2 0 2
0
5
10
15D
OS
[eV
-1 E
Z-1
]
0
total Nb3Sn
FP-LAPW-Rechnung, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: Supraleitende Eigenschaften und Bandstruktur
Sprungtemperatur: Tc = 18.3 K
Supraleiter 2. Art
c c
supraleitenderZustand
Misch−zustand
Normal−zustand
H
Hc1
H Hc2
H
Hc c
π−
4 M π
äußeres Magnetfeldäußeres Magnetfeld
Supraleiter 1. Art Supraleiter 2. Art
−4
M
kritische Magnetfeldstarke: Hc=30 T
’2-Band-Modell’7→ direkt bei EF:
steile (metallisch) undflache (kovalent) Bander
X Γ R M Γ
E F
Ene
rgie
[eV
]
0.0
1.0
2.0
−1.0
−2.0
−3.0
−4.0
−5.0
Bandstruktur von Nb3Sn
FP-LAPW-Rechnung, 1000 k-Punkte, PBE-GGA
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Nb3Sn: Herstellung und Verwendung
Problem: sehr sprodeFertigung von Spulen (z.B. fur NMR-Magnete)
’bronze process’ (Nb-Drahte in Bronze)’internal tin’ Prozess (Cu mit Nb aussen, Sn innen)’powder-in-tube’ (PIT) Prozeß (Nb-Rohre, mit Sn gefullt)Reaktion zu Nb3Sn erst nach Formgebung (Diffusion bei ca. 700 oC)
fs.magnet.fsu.edu (ASC,Image Gallery) ⇓
Herstellungverfahren fur Nb3Sn-Drahte/SpulenSEM-Bild der Nb3Sn-’Drahte’ nach Wegatzen des Kupfers
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
1 Einleitung: Intermetallische Phasen
2 Sn, elementar
3 Sn + Cu
4 Sn + Nb
5 Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
6 Zusammenfassung
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Sn + Cs
+
Caesium: atomare und physikalische Eigenschaften des Elements
atomare Eigenschaften
Elektronenkonfiguration: 6s1 (1 Valenzelektron)rMetall = 267 pmrCs+ = 188 pmχ = 0.86Λ = 5.0 · 104 Ω−1cm−1
physikalische Eigenschaften des Elements
Mp = 28 oCb.c.c.-Strukturextrem luft- und feuchtigkeitsempfindlich
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Phasendiagramm des Systems Cs – Sn
1009080706050403020100
Atom−% Zinn SnCs
935°C
600
800
°C
1000
400
200
0
231.97°C
590°C
~ 760°C
L
28.39°C27.5°C
α
23
2
580°C
468
~ 232°C
884°C 875
630°C
β−
CsS
n
Cs
(Sn)−
CsS
n
Sn
CsS
n
Sn
Cs
nach Massalski
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zintl-Konzept
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)Wade-Regeln fur elektronenarme Anionen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zintl-Konzept
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)Wade-Regeln fur elektronenarme Anionen
physikalische Eigenschaften
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)relativ hohe SchmelzpunkteHalbleiter (schmale Bandlucke)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zintl-Konzept
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)Wade-Regeln fur elektronenarme Anionen
physikalische Eigenschaften
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)relativ hohe SchmelzpunkteHalbleiter (schmale Bandlucke)
elektronische Strukturen
keine A-pDOS unterhalb EF (A-Kationen!)Valenzband mit M-p-CharakterLeitungsband mit M-p- und/oder A-s/d-CharakterM-s/p-Mischung vom chemischen Charakter von M undvon Dimensionalitat des Polyanions abhangigbindungskritische Punkte auf M-M-Bindungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zintl-Konzept
Eduard Zintl
1898 – 1941
(FR: 1928 – 1933)
’ionische’ Zerlegung in A-Kationen (A1) und
M-(Poly)-Anionen (B1/B2)
kovalente Bindung im M-(Poly)-Anion
isostrukturell zu isoelektronischen Elementen (Zintl)Bindigkeit folgt der 8-N-Regel (Zintl-Klemm-Busmann)Wade-Regeln fur elektronenarme Anionen
physikalische Eigenschaften
’Strich’-Verbindungen (keine Phasenbreiten)relativ hohe SchmelzpunkteHalbleiter (schmale Bandlucke)
elektronische Strukturen
keine A-pDOS unterhalb EF (A-Kationen!)Valenzband mit M-p-CharakterLeitungsband mit M-p- und/oder A-s/d-CharakterM-s/p-Mischung vom chemischen Charakter von M undvon Dimensionalitat des Polyanions abhangigbindungskritische Punkte auf M-M-Bindungen
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
β-CsSn (VE/M=5)
4CsSn −→ 4Cs+ + Sn4−4
Strukturtyp KGe
Kristallsystem kubisch
Raumgruppe P 43n, Nr. 218
Gitterkonstante [pm] a 1444.74
Z 32
R-Werte R1 0.0395
wR2 0.0709
dSn−Sn [pm] 291 - 295
Sn(1)
Cs(1)
Cs(2)
Cs(1)
Sn(1) Sn(1)
Cs(1)
Sn(1)
Cs(1)
Cs(1)
295.
2 290.8
290.
8
Cs(1)
Sn(2) Cs(2)
Sn(2)
Cs(2)
Cs(1)
Cs(2)
Sn(2)
Sn(2)
291.6
Cs(1)
Sn(1) Sn(2)
C. Hoch, C.R., Z. Anorg. Allg. Chem. 628, 1541 (2002).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Tetrelide AIM
IV (VE/M=5)
4 AM → 4 A+ + [M4]
4−
Sn(1)
Sn(1)
Rb(2)
Rb(1)
Rb(2)
Rb(1)
Sn(1)
Rb(2)
Rb(1)
Rb(2)
Sn(1)
Sn(1)
1
d2
d
−4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5
Isomerieverschiebung ([mm/s] gegen BaSnO )3
0.98
0.99
1.00
2.40 mm/sδ=
RbSn
Si
NaSi−Typ f.c.c.KGe−TypNaPb−Typ
Cr Sib.c.c.
3
Anionen−packung
PbSnGe
Na
K
Rb
Cs
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); + ...
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
K4Sn9 (VE/M=4.44)
Sn(7)
Sn(1)
312−335 pm
293−302 pm
293−300 pm
295−300 pm
Sn(6)
Sn(4)
Sn(9)
e−-Bilanz fur den Cluster:
9× 4︸ ︷︷ ︸
Sn
+ 4︸︷︷︸
Ldg.
− 18︸︷︷︸
s/l.p.
= 22
11 e−-Paare = N + 2 (nido)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
K4Sn9 −→ 4K+ + Sn4−9
0 c
a
A
B
C. Hoch, M. Wendorff, C.R., Acta Cryst., C58, 45 (2002).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
K4Sn9 : Totale und partielle Sn Zustandsdichte
-8 -6 -4 -2 0 2E-EF [eV]
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
DO
S/e
V
0
Sn(1) sSn(1) pSn(2) sSn(2) pSn(3) sSn(3) pSn(4) sSn(4) p
-8 -6 -4 -2 0 2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
DO
S/e
V
0
totalK(1) total
K4Sn9
0.7
eV
elektronische Strukturen: FP-LAPW, PBE (Programme WIEN2k bzw. Elk).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Wade-Cluster M9
Si(4B)
Si(8B)
Si(9B)
Si(3B)
Si(1B)
Si(5B)
Si(7B)Si(6B)
Si(2B)
A
C
D
α
β
δε
φ
B
χ γ
N Cluster Gesamtzahl an Exo-e−- Gerust- Wade-
Elektronen 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
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Rb12Sn17 (VE/M=4.71)
Rb12Sn17 −→ 12Rb+ + 2Sn4−4 + Sn4−9
Kristallsystem orthorhombisch
Raumgruppe P212121 , Nr. 19
Z 4
Gitter a 1504.1
konstanten b 1539.3
[pm] c 2147.8
R-Wert R1 0.0813
0 a
c
A´ A
B´C´
B
C
A
C. Hoch, M. Wendorff, C.R. J. Alloys Comp. 361 206 (2003).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Cs52Sn82 (VE/M=4.63)
Cs52Sn82 −→ 52 Cs+ + 7Sn4−4︸ ︷︷ ︸
28−
+6Sn4−9︸ ︷︷ ︸
24−
Kristallsystem monoklin
Raumgruppe P21/c, Nr. 14
Gitter- a 2730.4
konstanten b 1556.5
[pm, o ] c 5905.0
β 99.193
Z 4
R-Wert R1 0.138
c
0a
C. Hoch, M. Wendorff, C.R., Z. Anorg. Allg. Chem., 629, 206-221 (2003).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
A8Sn442 (A=Rb, Cs) (VE/M=4.18)
Clathrat-I-Struktur
Sn3a
Sn1
Sn3b Sn3b
Sn3b
Sn3a
Sn2
Sn2
Sn2
Sn2 Sn2
Sn3a
Cs2
Cs2
Cs2
Sn3a
Sn3a
Sn2
Sn2
Sn2
Sn3a
Cs2
Sn3a
Sn3a
Sn3b
Rb8Sn442 7−→ 8 Rb+ + 36 Sn0 + 8 Sn−
J. Gallmeier, H. Schafer, 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. Zonnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003); + ...
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Rb8Sn44:119Sn-Moßbauer-Spektrum
-4 -2 0 2 4 6Isomerieverschiebung ([mm/s] gegen BaSnO3)
0,9
1,0
Abs
orpt
ion
Rb8Sn44
A
B
Spektrum von Rb8Sn44
?
Sn(IV) covalent Sn(II) covalentSn(IV) ionic
Sn(0) intermetallic
Sn(II) ionic
Sn4−
α β−
(5s)(5p)3 (4d) (5s)210
SnSe SnTe
Sn SnO4
0 1 2 3 4
α β−Sn−Sn Sn
Sn
Sn (äq.)
3.02.52.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.6 2.7 2.8 2.9
SnF SnCl SnBr SnI
SnS
−Sn SnS
SnSe SnTe
SnClSnF
(ax.)SnSnO
4 4 4
4−4 4
4−44−
2 2
52−
−
52−
0
2−
Rb Sn8 44
SnO2
(4d)10
δ
δSn4
4−
Sn B= 2.44(13)
E = 0.7(3)δ
∆A(rel.) = 0.3
Aδ = 2.12(9)E = 0∆
A(rel.) = 0.7
Skala der 119mSn-Isomerieverschiebungen
G. Frisch, C. Hoch, C.R., P. Zonnchen, K.-D. Becker, D. Niemeier, Z. Anorg. Allg. Chem. 629, 1661 (2003).
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklassemit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)keine einfachen Konzepte zur Erklarung von ...Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)erlaubt auch grobe Gruppierung der LegierungenVerstandnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fallen einfach moglichgeometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft7→ mit aktueller FK-Theorie moglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen haufig keine VerbindungsbildungA2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3Sn (Cr3Si-Typ)als SupraleiterA1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklarung vonZusammensetzung und Struktur, HalbleiterErdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: haufig nicht mehrelektronenprazise
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklassemit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)keine einfachen Konzepte zur Erklarung von ...Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)erlaubt auch grobe Gruppierung der LegierungenVerstandnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fallen einfach moglichgeometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft7→ mit aktueller FK-Theorie moglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen haufig keine VerbindungsbildungA2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3Sn (Cr3Si-Typ)als SupraleiterA1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklarung vonZusammensetzung und Struktur, HalbleiterErdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: haufig nicht mehrelektronenprazise
Literatur
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/intermetallische 0.htmlLehrbucher Strukturchemie (z.B. Muller)
Legierungen:
Beispiel
Zinn
Einleitung
Sn,
elementar
Sn + Cu
Sn + Nb
Sn + Cs
CsSn usw.
Sn9-Cluster
Clathrate
Zusammen-
fassung
Zusammenfassung
Allgemeines zu Metallen/Legierungen
praktisch und technisch wichtige Verbindungsklassemit/ohne Phasenbreiten (Verbindungen?, Phasen?)keine einfachen Konzepte zur Erklarung von ...Klassifizierung der Metalle (A1, A2, B1, B2)erlaubt auch grobe Gruppierung der LegierungenVerstandnis der chemischen Bindung nur in wenigen Fallen einfach moglichgeometrische ↔ elektronische Struktur ↔ Eigenschaft7→ mit aktueller FK-Theorie moglich
Beispiel: Zinn und seine Legierungen
mit anderen B1- und B2-Elementen haufig keine VerbindungsbildungA2(Cu) + Sn: Hume-Rothery-Phasen/Elektronenverbindungen (Bronze)A2(Nb) + Sn: Frank-Kasper-Phasen, praktisch wichtig: Nb3Sn (Cr3Si-Typ)als SupraleiterA1(Cs) + Sn: Zintl-Phasen: meist sehr einfache Erklarung vonZusammensetzung und Struktur, HalbleiterErdalkali- und besonders Lanthanoid-Stannide: haufig nicht mehrelektronenprazise
Literatur
http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/intermetallische 0.htmlLehrbucher Strukturchemie (z.B. Muller)
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