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Baustofftechnik 1 - Kristalline, amorphe und micellare Baustoffe

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Baustofftechnik 1

Kristalline, amorphe und micellare Baustoffe

Befindet sich ein Baustoff wie beispielsweise Stahl in einem flüssigen Zustand, so besitzen die Atome einen nur sehr geringen Ordnungsgrad. Es lässt sich keine wiederkehrende Struktur erkennen. Geht ein Baustoff anschließend durch Abkühlung in den festen Aggregatzustand über, so können drei Zustände eintreten. Man unterscheidet diese Zustände anhand der Anordnung der Atome:

Bei den festen Körpern unterscheiden wir zwischen kristallinen, teilkristallinen und nicht kristallinen oder amorphen sowie micellaren Baustoffen

Kristalline Baustoffe

Einen kristallinen Baustoff kennzeichnet die räumliche, dreidimensionale-periodische Anordnung von Atomen oder Molekülen in einem regelmäßig angeordnetem System. Man bezeichnet dieses System als Raumgitter, welches aus Elementarzellen besteht  Netzpunkte im Raumgitter beschreiben die Lage eines Atoms oder Moleküls. 

Merke

Hier klicken zum AusklappenElementarzellen sind die kleinsten identischen Bauteile, die ein Raumgitter eindeutig charakterisieren. 

Anders formuliert:

Als kleinste bestehende Struktureinheit in einem Kristall findet sich die Elementarzelle. Die Elementarzelle ermöglicht eine genaue Charakterisierung der Kristalle. Sie ist ein Raumelement, durch dessen wiederholte Verschiebung, um die eigenen Kantenlänge in alle drei Raumrichtung sich gesamte Raumgitter konstruieren lassen.

Definition kristallin und teilkristallin:

Merke

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  • kristallin (griech.: Eis): In diesem Zustand ist die Anordnung der Atome gesetzmäßig. Das gilt sowohl für den makroskopischen Bereich (regelmäßige Flächen von Bergkristallen, Kandiszucker) als auch den mikroskopischen Bereich. Die Struktur der Atome kennzeichnet sich durch eine periodische, wiederkehrende Aneinanderreihung mit Symmetrieverhalten. Alle Metalle erfüllen die Eigenschaft der kristallinen Struktur im festen Zustand.
  • teilkristallin: Hier liegen sowohl amorphe als auch kristalline Bereiche im Werkstoff vor. Es werden beide Eigenschaften erfüllt. Werkstoffe die teilkristalline Strukturen besitzen sind Thermoplasten.

Beispiele für kristalline Baustoffe:

  • alle als Baustoff verwendete Metalle
  • viele Nichtmetalle, z. B. keramische Werkstoffe
  • einige Kunststoffe
Stahl, kristalliner Baustoff
Stahl, kristalliner Baustoff

 Amorphe Baustoffe

Unter amorphen Baustoffen fasst man erstarrte Flüssigkeiten oder Gläser inklusive Keramiken zusammen. Hauptkennzeichen dieser Baustoffe ist die völlig ungeordnete Aneinanderreihung (fehlende Fernordnung) von Atomen und Molekülen. Jedoch können amorphe Baustoffe aus Einzelkomponenten bestehen, die in sich geordnet sind. 

Definition amorpher Baustoff

Merke

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  • amorph (griech.: gestaltlos): In diesem Zustand ist in der Regel die "Unordnung" der atomaren Baueinheiten erhalten geblieben. Sie sind weiterhin regellos angeordnet. Ordnungen lassen sich lediglich im submikroskopischen Bereich ausmachen. Ein typischer Vertreter von amorphen Strukturen ist Glas.

Beispiele für amorphe Baustoffe sind:

  • Kunststoffe
  • anorganische Gläser 
  • Elemente, die aus dem schmelzflüssigen Zustand rapide abgekühlt werden.
Ausführungen von Gläsern
Ausführungen von Gläsern

 Micellare Baustoffe

Micellare Baustoffe sind von ihrer Struktur her faserig. Die Struktur kann auch als fadenförmig, ungeordnet und ineinander verschlungen beschrieben werden. Die Makromoleküle sind lediglich in minimalen Bereiche geordnet. Diese Beschaffenheit gewährleistet dem Baustoff eine vergleichsweise hohe Zugfestigkeit. Jedoch sei an dieser Stelle erwähnt, dass eine Belastung nur einseitig erfolgen kann. Die unterschiedliche Belastbarkeit je nach Richtung der Fasern wird durch den Fachterminus anisotrop beschrieben.  

Merke

Hier klicken zum AusklappenDie Struktur von micellaren Baustoffen findet sich beispielsweise in Bauholz wieder.
Bauholz
Bauholz

 

Ordnungsgrad von Baustoffen

Grundsätzlich streben Baustoffe einen kristallinen Zustand an, da die potentielle Energie mit zunehmenden Ordnungsgrad abnimmt.