Packungsdichte: Was ist damit gemeint?

Anteil des Volumens der Elementarzelle, den die Atome einnehmen, wenn man sie als starre Kugeln betrachtet. Kubisch-primitiv etwa 0,52, krz etwa 0,68, kfz und hdP etwa 0,74.

Japanische Bezeichnung: 原子充填率

„Packungsdichte“ kommt in 4 Übungsfragen aus 2 Themen vor, darunter Kristallstrukturen und Millersche Indizes, Zustandsdiagramme und Hebelgesetz.

Fachgebiet: Kristallstrukturen und Millersche Indizes

Selbst ausprobieren: Fragen zu Packungsdichte

Wie groß ist die Packungsdichte der kfz-Struktur (Anteil des von Atomen eingenommenen Volumens am Volumen der Elementarzelle), wenn die Atome als gleich große starre Kugeln betrachtet werden?

  1. Aca. 0,68
  2. Bca. 0,74
  3. Cca. 0,52
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: B. ca. 0,74

Im kfz-Gitter berühren sich die Atome entlang der Flächendiagonale, also √2a = 4r bzw. a = 2√2r. Da die Elementarzelle 4 Atome enthält, beträgt die Packungsdichte 4×(4/3)πr³ / (2√2r)³ = π/(3√2) ≈ 0,74. Ca. 0,68 ist der Wert für krz (Berührung entlang der Raumdiagonale mit a = 4r/√3, 2 Atome), ca. 0,52 der für kubisch-primitiv (a = 2r, 1 Atom, π/6). Auch hdP hat bei idealem c/a den Wert 0,74 und ist neben kfz eine dichteste Kugelpackung. Die Größe der einzelnen Lücken verhält sich jedoch umgekehrt: Im weniger dicht gepackten krz-Gitter sind sie kleiner (der Radius der größten Kugel in einer Oktaederlücke beträgt im kfz-Gitter etwa 0,41r, im krz-Gitter nur etwa 0,15r), weil krz sein größeres Gesamtleervolumen auf viele kleine Lücken verteilt.

„Packungsdichte“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Packungsdichte“ vorkommt (4)

  1. Wie groß ist die Packungsdichte der kfz-Struktur (Anteil des von Atomen eingenommenen Volumens am Volumen der Elementarzelle), wenn die Atome als gleich große starre Kugeln betrachtet werden?
  2. Wie viele Atome berühren in einem Metall mit kubisch-flächenzentriertem Gitter (kfz) ein gegebenes Atom im kürzesten Abstand (Koordinationszahl)?
  3. Welche Aussage über die ideale hexagonal dichteste Packung (hdP) trifft zu?
  4. Was ist der Hauptgrund dafür, dass die maximale Löslichkeit von Kohlenstoff in γ-Eisen (etwa 2,14 Massen-%) viel größer ist als in α-Eisen (etwa 0,022 Massen-%)?

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Verwandte Begriffe

Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Hexagonal dichteste Packung (hdP) Millersche Indizes

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