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Werkstofftechnik 1 - Grundbegriffe

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Werkstofftechnik 1

Grundbegriffe

Die Metallographie ist eine Wissenschaft, die sich mit der qualitativen und quantitativen Beschreibung des Gefüges metallischer Werkstoffe mit Hilfe optischer Verfahren, wie bsp. Elektronenmikroskopen beschäftigt. Analog zur Metallographie spricht man bei Polymeren von der Plastographie und bei keramischen Werkstoffen von der Keramographie. 

Die Metallographie versucht aus dem mikroskopischen Aufbau eines Metalls auf dessen makroskopische Eigenschaften zu schließen. Im Folgenden werden daher einige grundlegende Begriffe aufgeführt und erklärt.

Atommodell nach Rutherford
Atommodell nach Rutherford

Atome

Atome bestehen aus einem Kern mit Protonen (positiver Ladung) und Neutronen (keine Ladung), welche man zusammenfassend auch Nukleonen nennt, sowie negativ geladenen Elektronen.

Elektronenhülle/Atomhülle

In der Elektronenhüllen befinden sich die negativ geladenen Elektronen, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen Energiezustände auch unterschiedliche Abstände zu Kern besitzen. 

Kennzeichnung der Elemente 

Elementsymbol

Jedem Element wird zur Kennzeichnung ein oder zwei Buchstaben zugeordnet. Beispielsweise hat Kohlenstoff den Buchstaben C und Eisen die beiden Buchstaben Fe [Ferrum].

Massenzahl

Mit der Massenzahl wird die Anzahl der Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms beschrieben. Dabei sind die Massen von Protonen und Neutronen beinahe identisch

Protonenzahl

Die Protonenzahl entspricht im vollständigen Atom der Elektronenzahl und der Ordnungszahl.  

Neutronenzahl

Wird nicht separat aufgeführt, lässt sich aber aus der Differenz von Massenzahl und Protonenzahl ermitteln

Merke

Mit Hilfe dieser drei Kennzahlen kann jedes Chemische Element eindeutig zugewiesen werden. 

Beispiel

Beschreibe folgende Elemente: $ _{26}^{56}Fe, _{29}^{63} Cu $

$ _{26}^{56}Fe \rightarrow $ Hierbei handelt es sich um Eisen mit 26 Protonen und 30 [56-26= 30] Neutronen im Kern und 26 Elektronen in der Hülle.

$ _{29}^{63}Cu \rightarrow $ Hierbei handelt es sich um Kupfer mit 29 Protonen und 34 [63-29 = 34] Neutronen im Kern und 29 Elektronen in der Hülle. 

Reinelemente

Diese Elemente bestehen aus nur einer Atomart, die alle dieselbe Anzahl Protonen und Neutronen im Kern besitzen. Zu den Reinelementen zählen Elemente wie Gold, Arsen, sowie 20 weitere. 

Isotope

Elemente, die bei gleicher Protonenzahl in ihrer Neutronenzahl variieren. 

Grundeinheiten

Protonenmasse $ m_p $ = Neutronenmasse $ m_n $ = atomare Masse $ m_u $ = $ 1,66 \cdot 10^{-24} g $

Elektronenmasse $ m_e $ = $ 0,911 \cdot 10^{-27} g $ 

Stoffmenge eines Mols $ n = 6,023 \cdot 10^{23} = N_A = Avogadrosche Zahl $