hallo!
Wie weit kann man einen Feststoff, zB Eisen, überhaupt zerteilen? Würden Eisenpartikel in der Größenordnung von Atomen getrennt bleiben, wenn sie sich berühren? Oder würden sie sich zu größeren Einheiten verbinden?
Wenn sie getrennt blieben: Welche Eigenschaften hätte dieses „Eisenpulver“ dann? Hätte ein Verbund aus ein paar Eisenatomen (im festen Aggregatzustand) schon metallische Eigenschaften?
Gruß
Paul
hi paul,
eigentlich habe ich keine ahnung, klingt aber spannend! ich glaub, ein molekular-physiker weiß da mehr. und es wäre eine tolle frage für „frag den lesch“ auf zdf
lg, karina
Moin,
Würden Eisenpartikel in der Größenordnung von
Atomen getrennt bleiben, wenn sie sich berühren? Oder würden
sie sich zu größeren Einheiten verbinden?
lies mal:
http://de.wikipedia.org/wiki/Endma%C3%9F#Parallelend…
und
http://de.wikipedia.org/wiki/Kaltverschwei%C3%9Fen
VG
J~
Hi,
ja, man kann Metalle in Gasform bringen und die Atome lagern sich dann an Oberflächen an, nennt man Bedampfen. In Flüssigkeiten geht das auch, ein Stück Metall wird chemisch oder elektrochemisch aufgelöst und die Metallionen können sich dann wieder an bestehende Oberflächen anlagern. Spiegel können so hergestellt werden, indem Silberatome auf eine Glasfläche aufgedampft werden.
Schau mal nach der Zucht von Alaunkristallen nach, da sind auch Aluminum-Ionen dran betreiligt. Oder noch einfacher, wenn Du Kochsalz in Wasser auflöst, hast Du Ionen des Metalls Natrium in „Elementarform“.
Gruß, Lutz
hallo
wurde teilweise ja eh schon erklärt…
ja - eisen „klebt“ normalerweise recht gut aneinander - v.a. wenn es sehr glatt ist. beim bauen im weltraum muss man das durchaus bedenken und die metallteile mit einer beschichtung versehen, wenn man nicht will, dass sie von alleine zusammenkleben. auf der erde ist es allerdings so, dass die obere schicht relativ schnell oxidiert bzw. aus anderen gründen „verdreckt“ und daher der klebeeffekt abgeschwächt/verhindert wird.
da liegt auch das problem deines „eisenstaubes“ - de fakto wirst du eher einen haufen rost (=eisenoxid) erhalten und keinen eisenstaub. du musst das eisen in einem sauerstoff-losen raum zerteilen, wenn du echte eisenpartikel erhalten willst.
bei den meisten anderen metallen wird es ähnlich sein. sie unterscheiden sich allerdings in der beschaffenheit der „rostschicht“. bei aluminium z.b. oxidiert die obere schicht zu einer art schutzfilm, die keinen weiteren sauerstoff durchlässt. eisenoxid ist allerdings grobkörniger und lässt sauerstoff durch.
lg
erwin
Hallo,
Hätte ein Verbund aus ein paar Eisenatomen
(im festen Aggregatzustand) schon metallische Eigenschaften?
nach http://de.wikipedia.org/wiki/Cluster_%28Physik%29#Ei… bilden sich typische Fstkörpereigenschaft wie metellische Leitfähigkeit (Leiterband) erst bei Clustergrößen von einigen hundert Atomen aus.
MfG,
ujk
hallo
Hätte ein Verbund aus ein paar Eisenatomen
(im festen Aggregatzustand) schon metallische Eigenschaften?
Eher nicht, was sind für dich „ein paar Eisenatome“. Ein 10 Nanometer großer Eisenwürfel gibt schon ungefähr 80.000 Eisenatome. Und was meinst du überhaupt mit „metallischen Eigenschaften“. Glanz, Leitfähigkeit, was bitte?
Aber wenn du mit „metallischen Eigenschaften“ die elektrische Leitfähigkeit meinst (ob das jetzt Eisen oder ein anderes Metall ist, sei dahin gestellt), dann empfehle ich dir die Lektüre von Feynman, Vorlesungen über Physik, Band 3, ab Seite 269.
Grob gesagt erfordert es eine gewisse Mindestanzahl von Atomen, damit sich Elektronen- Wellenpakete bilden können, deren Gruppengeschwindigkeit einen Impuls darstellt, der dem klassischen Impuls „freier Teilchen“ ähnelt. Woraus folgt, dass sich Elektronen erst ab einer gewissen Mindestanzahl von Metallatomen frei in einem Metallgitter bewegen können. Was dann auf „Leitfähigkeit“ hinausläuft.
Aber vielleicht kennst du ja andere Theorien…
Gruß
Peter
Hallo,
Wie weit kann man einen Feststoff, zB Eisen, überhaupt zerteilen?
Na max. bis man einzelne Atome hat.
Weiter geht dann höchstens mit kernphysikalischen Methoden, z.B. indem man Kerne von Eisenatomen zertrümmert oder weitere Kernteile (Neutrone, Protonen) anlagert.
Für beides muß man enorme Energie aufwenden.
Würden Eisenpartikel in der Größenordnung von Atomen getrennt bleiben,
wenn sie sich berühren? Oder würden sie sich zu größeren Einheiten verbinden?
So winzige Partikel haben grundsätzlich einen starken Hang Konglomerate zu bilden.
Ursache sind die recht starken Bindunsgkräfte zwischen Atomen (Kohäsionskrafte).
Erst bei einer Größe von einigen um hört das auf.
Deshalb bestehen rieselfähige Staube aus Partikeln, die mind. ca. 5…10um groß sind.
Feinstäube/Nanostäube kleben noch wie Mehlklumpen zusammen.
Wenn sie getrennt blieben: Welche Eigenschaften hätte dieses „Eisenpulver“ dann?
Chemisch die von Eisen, aber da metallische Eigenschaften zum größten Teil makroskopisch definiert sind, fehlen diese natürlich.
Gruß Uwi
So winzige Partikel haben grundsätzlich einen starken Hang
Konglomerate zu bilden.
Ursache sind die recht starken Bindunsgkräfte zwischen Atomen
(Kohäsionskrafte).
Erst bei einer Größe von einigen um hört das auf.
Deshalb bestehen rieselfähige Staube aus Partikeln, die mind.
ca. 5…10um groß sind.
Feinstäube/Nanostäube kleben noch wie Mehlklumpen zusammen.
Wieso ist die Kohäsion geringer bei geringerer Partikelgröße?
Oder ist das Verhältnis aus Kohäsion und Reibung zur Umgebung entscheidend, sodass größere Partikel sich nicht mehr zueinander bewegen?
Gruß
Paul
PS: Danke an die anderen Autoren der interessanten Antworten. Besonders der/die Verweis/e auf das Kaltverschweißen waren hilfreich.
Hallo,
Wieso ist die Kohäsion geringer bei geringerer Partikelgröße?
Oder ist das Verhältnis aus Kohäsion und Reibung zur Umgebung entscheidend, sodass :größere Partikel sich nicht mehr zueinander bewegen?
Da ist vor allem ein von der Partikelgröße abhängiger Zusammenhang zwischen den effektiv wirkenden Kohäsionskräften oder Adhäsionskräften und anderen Kräften, die dem Zusammenklumpen entgegen wirken.
Im Prinzip wirken da die gleichen Effekte wie beim Kaltverschweißen oder beim Ansprengen von Teilen mit sehr glatten Flächen.
Ob etwas gut miteinander haftet, hängt vor allen davon ab, wie viele der Teilchen (Atome, Moleküle) sich an den Oberflächen direkt berühren.
Bei rauen Oberflächen (die wie ein Gebirge aussehen) berühren sich quais nur winzige Spitzen der Berge).
Bei sehr glatten Flächen könne sich viel mehr Teichen bis auf Atomabstand nahe kommen.
Bei sehr kleinen Partikeln ist die aktive Berührungsfläche eben recht groß im Verhältnis zum Partikeldurchmesser.
Bei einem einzigen Atom hat man das Optimum. Das haftet an einer Oberfläche dann so fest wie jedes andere Atom auf der Oberfläche. Man kann es dann ja gar nicht nicht mehr als Partikel definieren.
Bei größeren Partikeln wird die Berührungsfläche immer kleiner und die Querkräfte, die ein Abreißen von einer Oberfläche bewirken können werden vergleichsweise größer.
Deshalb haften Nanopartikel sehr gut und man kann sie z.B. nicht einfach weg pusten, während große Partikel mit über 10um vergleichsweise geringe Haftung haben und
Einwirkung durch Pusten (Scherkräfte) oder Beschleunigungen (Trägheit) oder einfach nur durch die eigene Masse (Schwerkraft) zum leicht zum Abreißen führen.
PS: Danke an die anderen Autoren der interessanten Antworten. Besonders der/die :Verweis/e auf das Kaltverschweißen waren hilfreich.
In der Optik wird das Ansprengen von Teilen in der Fertigung auch oft genutzt.
http://de.wikipedia.org/wiki/Ansprengen
http://www.spiegel.de/fotostrecke/bilderstrecke-leic…
Gruß Uwi
Bei sehr kleinen Partikeln ist die aktive Berührungsfläche
eben recht groß im Verhältnis zum Partikeldurchmesser.
Wieso ist das der Fall? Wieso haben kleine Partikel geringere Unebenheiten als große? Weil bei ihnen das Verhältnis aus Partikeldurchmesser zu Atomdurchmesser relativ klein ist, sodass keine großen Unebenheiten entstehen können?
Bei größeren Partikeln wird die Berührungsfläche immer kleiner
und die Querkräfte, die ein Abreißen von einer Oberfläche
bewirken können werden vergleichsweise größer.
Die Gravitation wirkt effektiv stärker, da das Verhältnis aus Volumen (und damit Gewicht) zu Oberfläche immer größer wird. Doch dadurch sinkt doch auch effektiv der Luftwiderstand. Ich kann eine Stahlgabel doch viel schlechter wegpusten als Stahlstaub.
Gruß
Paul
Hallo,
Bei sehr kleinen Partikeln ist die aktive Berührungsfläche
eben recht groß im Verhältnis zum Partikeldurchmesser.Wieso ist das der Fall? Wieso haben kleine Partikel geringere
Unebenheiten als große?
Stelle dir kleine Kugeln vor, die an der Kontaktfläche ein Abplattung haben.
Hast du nun einen kleinen Partikel mit 100 Atomen, der mit 5 Atomen Kontakt zu einem anderen Stoff hat, so ist das Verhältnis 5%.
Nun mache das Partikel 100 mal größer im Durchmesser.
Dann hat es 10 Mio. Partikel aber vielleicht 1000 Atome an der Kontaktfläche.
Das Verhältnis ist jetzt nur noch 0,01%
Aber das größere Partikel hat eine 1 Mio. fach größere Masse und eine 10000 fach größere Oberfläche.
Was schätzt du, bei welchem Partikel Kontaktfläche noch reicht, um das Partikel an einer senkrechten Fläche festzuhalten oder runter fällt ?
Was schätzt du, bei welchem Partikel eine Strömung eher dazu führt, das es weg gerissen wird?
Weil bei ihnen das Verhältnis aus
Partikeldurchmesser zu Atomdurchmesser relativ klein ist,
sodass keine großen Unebenheiten entstehen können?
Naja, von Unebenheiten bei solchen kleinen Partikenl zu sprechen ist nicht ganz sauber.
Falls es kristalline Partikel sind, haben die evtl. sogar perfekt glatte Flächen.
Die Gravitation wirkt effektiv stärker, da das Verhältnis aus
Volumen (und damit Gewicht) zu Oberfläche immer größer wird.
Doch dadurch sinkt doch auch effektiv der Luftwiderstand. Ich
kann eine Stahlgabel doch viel schlechter wegpusten als Stahlstaub.
Abgesehen, das bei solch makrokopischen Teilen auch z.B. die Form eine rolle spielt.
Denkst du an Staub aus sichtbaren sichtbaren Partikeln?
Nanostäube pustest du nicht so einfach weg.
Gruß Uwi
Stelle dir kleine Kugeln vor, die an der Kontaktfläche ein
Abplattung haben.
Hast du nun einen kleinen Partikel mit 100 Atomen, der mit 5
Atomen Kontakt zu einem anderen Stoff hat, so ist das
Verhältnis 5%.
Nun mache das Partikel 100 mal größer im Durchmesser.
Dann hat es 10 Mio. Partikel aber vielleicht 1000 Atome an der
Kontaktfläche.
Wie hast du die 1000 Atome an der Kontaktstelle ermittelt?
Wieso sollte die größere Kugel ein anderes Verhältnis der Kontaktstellenfläche zur Kugeloberfläche haben?
Gruß
Paul
Hi.
Und was meinst du überhaupt mit „metallischen
Eigenschaften“. Glanz, Leitfähigkeit, was bitte?
Die Leitfähigkeit ein-Atom-kontkte Leiter ist von sieben bis vierzeh Mikroampere, je nach Metallart.
Die sind fast Supraleiter.
…
Gruß
Peter
Balázs
Hallo,
Hätte ein Verbund aus ein paar Eisenatomen
(im festen Aggregatzustand) schon metallische Eigenschaften?nach
http://de.wikipedia.org/wiki/Cluster_%28Physik%29#Ei…
bilden sich typische Fstkörpereigenschaft wie metellische
Leitfähigkeit (Leiterband) erst bei Clustergrößen von einigen
hundert Atomen aus.
Nach dem Bell Lab. die als erste ein-Atom-kontakte Leiter gebaut haben stimmt das nicht.
Die sind fast Supraleiter.
MfG,
ujk
Balázs
Hallo Lutz Lehmann,
ja, man kann Metalle in Gasform bringen und die Atome lagern
damit hast du die Anfrage nach der kleinsten Partikelgröße z.B. von Eisen meiner Ansicht nach umfassend beantwortet.
Ich versuchte noch etwas zu rechnen. Bei Schmelztemperatur (1808 K) besitzt Eisen einen Dampfdruck von 7,05 Pa.
Nach meiner Rechnung befinden sich bei dieser Temperatur pro Liter dann ca. 30 * 1016 einzelne Fe-Atome im Dampfraum.
Unterhalb der Schmelztemperatur besitzt Eisen selbstverständlich auch einen - dann niedrigeren - Dampfdruck.
Die Anzahl der einzelnen Fe-Atome pro Liter wird dann entsprechend niedriger ausfallen.
Gruß
Sven Glückspilz
Nun mache das Partikel 100 mal größer im Durchmesser.
Dann hat es 10 Mio. Partikel aber vielleicht 1000 Atome an der
Kontaktfläche.Wie hast du die 1000 Atome an der Kontaktstelle ermittelt?
Habe ich nicht . Ist auch scheiß egal.
Wieso sollte die größere Kugel ein anderes Verhältnis der
Kontaktstellenfläche zur Kugeloberfläche haben?
Denke mal drüber nach. Es wurde alles schon geschrieben.
Gruß Uwi
Hi.
Und was meinst du überhaupt mit „metallischen
Eigenschaften“. Glanz, Leitfähigkeit, was bitte?Die Leitfähigkeit ein-Atom-kontkte Leiter ist von sieben bis
vierzeh Mikroampere, je nach Metallart.
Die sind fast Supraleiter.
Was meinst du damit?
1.)Dass die Bell- Labors die Leitfähigkeit in Mikroampere messen?
2.)Dass ein individuelles Atom einen Supraleiter darstellt?
3.)Dass eine „1- Atom belegte Fläche“ einen Supraleiter in Verbindung mit einem äußeren Kontakt darstellt? Dann sind da mehr als nur „ein- Atom“ im Spiel, sowohl in der Fläche als auch im Kontakt.
4.)Dass die Atome des Kontakts keine Rolle spielen?
Mit Ausnahme von 2.) sehe ich da keinen Widerspruch zu meiner Aussage, auf die du hier antwortest.
Klär mich mal auf?
Gruß
Hallo Uwi,
Denke mal drüber nach. Es wurde alles schon geschrieben.
da verlangst du aber viel von „Paul“. Er glaubt nur TV-Clips von YouTube und seinen sie noch so getürkt.
Gruß
Sven Glückspilz
Hallo Paul,
Wie weit kann man einen Feststoff, zB Eisen, überhaupt
zerteilen?
du darfst bei all dem nicht vergessen, dass du dem Stoff durch das Zerteilen auch Energie zuführst, nämlich die, die zur Trennung der Bindungen nötig ist. Wenn du z.B. einen Baum fällst oder einen Stein zertrümmerst, ist die Energie schon merklich, aber gegen die Masse „vernachlässigbar“. Aber wenn du Metalle zu feinstem Pulver mahlst, werden sie pyrophor, d.h. sie verbrennen oder explodieren spontan bei Luftzutritt. Und das liegt nicht nur an der größerem Angriffsfläche für den Sauerstoff, sondern auch daran, dass du einen Teil der Arbeit schon erledigt hast, nämlich die Metallatome aus dem Verband zu lösen.
Diese Energie ist natürlich nicht annähernd so groß wie sie Summe aus Schmelz- und Verdampfungsenergie, aber einige Prozent kannst du schon erreichen.
Wenn sie getrennt blieben: Welche Eigenschaften hätte dieses
„Eisenpulver“ dann? Hätte ein Verbund aus ein paar Eisenatomen
(im festen Aggregatzustand) schon metallische Eigenschaften?
Dazu wurde schon einiges gesagt, was mir plausibel erscheint. Was du dazu noch berücksichtigen solltest ist der Tunnel-Effekt, ohne die kein Stecker in der Steckdose genug Stom aufnehmen könnte. Die Metallische Bindung überbrückt auch Grenzen zwischen Partikeln, zwischen Stecker und Dose und auch zwischen Metall-Staubkörnern. Und bei letzteren sind sie dann halt stärker als die trennenden Faktoren, denn wie groß ist der Luftsog an einem Metall-Staubkorn von vielleicht 20 Atomen Durchmesser?
Eine Anregung hoffentlich, Zoelomat