Festkoerper-Eigenschaften - Aufgaben und Übungen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

1) Liegt ein Werkstoff im festen Zustand vor, liegt der Stoff?

a) entweder im kristallinen oder amorphen Zustand vor

b) entweder im metallischen oder ionischen Zustand vor

2) Worin besteht der Unterschied zwischen der amorphen und kristallinen Struktur eines festen Körpers?

a) der Unterschied besteht in den physikalischen Eigenschaften. Da es sich bei einer kristallinen Struktur um eine Anordnung mit maximaler Symmetrie handelt (gleiche "Bindungsabstände über die gesamte Festkörperstruktur) haben diese Festkörper eine genau definierte Schmelztemperatur. Im Gegensatz dazu weisen Festkörper mit amorphen Strukturen ein über einen bestimmten Temperaturbereich ausgedehntes Erweichungsverhalten auf.

b) in Folge der unterschiedlichen Bindungsabstände bzw. Bindungsenergien haben die kristallinen Strukturen im Vergleich zu den amorphen Strukturen einen niedrigeren Schmelzpunkt

3) Die Struktur eines Festkörper beeinflusst viele physikalischen Eigenschaften. Allerdings wird die Struktur auch durch die Bindungsart und die räumliche Anordnung der Atome / Ionen beeinflusst. Welche Aussage ist richtig?

a) Die Ausbildung der Festkörperstruktur wird in der Regel nur durch Druck und Temperatur beeinflusst. Atomare Eigenschaften wie Elektronegativität oder Wertigkeit der einzelnen Bindungspartner spielen keine Rolle.

b) Bei Festkörperstrukturen mit kovalenter Bindung beeinflussen Wertigkeit und Elektronegativität die Ausbildung einer Struktur. Hingegen bei Festkörperstrukturen mit ionischer oder metallischer Bindung beeinflussen im Wesentlichen die Koordinationszahl und die Anordnung der Atome / Ionen in der Elementarzelle die Ausbildung der Struktur

4) Bei der "Ausbildung" einer Festkörperstruktur gibt es die sogenannten Strukturregeln. Welche Aussagen sind korrekt?

a) Ein Festkörper (in seiner Gesamtstruktur) liegt (in der Regel) elektrisch neutral vor. Bei einer kristallinen Struktur sind die Gitterbausteine so angeordnet, dass zwischen den Atomen / Ionen mit gleicher Ladung auftretenden Abstoßungskräfte minimal sind. Bei der Anordnung der Atome / Ionen in einer Elementarzelle wird die dichteste Kugelpackung bevorzugt

b) Ein Festkörper (in seiner Gesamtstruktur) liegt (in der Regel) elektrisch neutral vor. Bei einer kristallinen Struktur sind die Gitterbausteine so angeordnet, dass zwischen den Atomen / Ionen mit gleicher Ladung auftretenden Abstoßungskräfte maximal sind. Bei der Anordnung der Atome / Ionen in einer Elementarzelle wird die raumzentrierte Kugelpackung bevorzugt

5) Bei einigen Festkörpern bzw. auch Metalle kristallisieren diese bei unterschiedlichen Drücken / Temperaturen in unterschiedlichen Kristallmodifikationen aus. Wie wird dieses Phänomen bezeichnet?

a) Das Festkörper bei unterschiedlichen Drücken bzw. Temperaturen in unterschiedlichen Kristallmodifikationen auftreten, wird als Anisotropie bezeichnet

b) Das Festkörper bei unterschiedlichen Drücken bzw. Temperaturen in unterschiedlichen Kristallmodifikationen auftreten, wird als Polymorphie bzw. Allotropie bezeichnet. Die unterschiedlichen Modifikationen werden als allotrope Modifikation bezeichnet

6) In der Realität gibt es aber keine ideale Festkörperstruktur. Wodurch entstehen diese realen Festkörperstrukturen und welche Folgen hat dies?

a) Reale Festkörperstrukturen haben Bezeichnungen wie Schottky- oder Frenkel-Defekt. Diese realen Festkörperstrukturen unterscheiden sich von den idealen Festkörperstrukturen dadurch, dass in der Elementarzelle zwischen den Atomen keine Nahordnung mehr existiert.

b) Bei realen Festkörperstrukturen liegen in der Gitterstruktur sogenannte Fehlordnungen vor, dies kann strukturelle Gründe haben (=> Gitterbaufehler) oder chemische Fehlordnungen (Einbau von Fremdatomen durch Verunreinigungen). Diese beiden Fehlordnungen haben zur Folge, dass die Ladungsträgerverteilung in der Struktur nicht mehr gleichmäßig verteilt ist. Die Folgen dieser Fehlordnung sind vielseitig, so basiert die Anwendung von Halbleitern im wesentlichen auf Fehlordnungen

7) Was bedeutet der Begriff Anisotropie bei Festkörperstrukturen?

a) Anisotropie bedeutet, dass die physikalischen Eigenschaften eines Festkörpers richtungsabhängig sind, d.h. die Eigenschaften sind abhängig davon, in welche Gitterrichtung bzw. Kristallachse die Eigenschaft gemessen wird (z.B. elektrische Leitfähigkeit)

b) Anisotropie bedeutet, dass die physikalischen Eigenschaften eines (kristallinen) Festkörpers an jedem beliebigen Ort gleich sind

Test – Festkörperstruktur und seine Eigenschaften

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