zum Directory-modus

Tutorial MenueFeststoffeLerneinheit 8 von 11

Metallkristalle - Intermetallische Phasen

Hume-Rothery-Phasen

Eine weitere verbreitete Verbindungsklasse sind die Hume-Rothery-Phasen. Sie werden gebildet von Übergangsmetallen mit Hauptgruppenmetallen sowie Zn, Cd, Hg, die sich wegen ihrer vollständig besetzten d-Orbitale in vieler Hinsicht wie Hauptgruppenmetalle verhalten. Die Beständigkeit der Phasen mit zum Teil merkwürdig erscheinender Stöchiometrie ist an bestimmte Konzentrationen des Elektronengases gebunden.

Für drei Hume-Rothery-Phasen folgt die Elektronenkonzentration (Verhältnis Valenzelektronenzahl : Zahl der Metallatome) einfachen Regeln.

Tab.1
Berechnung der Elektronenkonzentration in Hume-Rothery-Phasen
PhaseZusammensetzungValenzelektronenzahlAtomzahlValenzelektronenzahl : Atomzahl
β-Phase CuZn, AgCd1 + 223 : 2 = 21 : 14 = 1,50
CoZn30 + 646 : 4 = 21 : 14 = 1,50
Ag3Al3 + 346 : 4 = 21 : 14 = 1,50
FeAl0 + 323 : 2 = 21 : 14 = 1,50
Cu5Sn5 + 469 : 6 = 21 : 14 = 1,50
γ-Phase Cu5Zn8, Ag5Cd85 + 161321 : 13 = 1,62
Fe5Zn21, Pt5Zn210 + 422642 : 26 = 21 : 13 = 1,62
Cu9Al49 + 121321 : 13 = 1,62
Cu31Sn831 + 323963 : 39 = 21 : 13 = 1,62
ε-Phase CuZn31 + 647 : 4 = 21 : 12 = 1,75
Ag5Al35 + 9814 : 8 = 21 : 12 = 1,75
Cu3Sn3 + 447 : 4 = 21 : 12 = 1,75
Hinweis
Die Valenzelektronenzahl der Metalle der VIII. Nebengruppe wird null gesetzt.

Unter den Wertigkeiten der Metalle ist hier die Zahl der abgegebenen Valenzelektronen zu verstehen; bemerkenswert ist, dass die Metalle Fe, Co, Ni und ihre Homologen als nullwertig zu betrachten sind, das heißt sie geben in diesen Phasen offenbar keine Elektronen an das Elektronengas ab. Der Grund hierfür dürfte ihre Tendenz sein, die d10-Konfiguration vollständig (Ni, Pt) oder angenähert (Fe, Co) zu behalten. Die Stabilität der Strukturen hängt von der Elektronendichte ab, die sich aus der Zusammensetzung ergibt. Ein gutes Beispiel liefert das Cu/Zn-System; die zinkarme α-Phase ist als Messing bekannt.

Abb.1
Phasenfolge des Systems Kupfer-Zink bei Raumtemperatur

Entspricht die vorgegebene Zusammensetzung keiner der intermetallischen Phasen, so scheiden sich aus der Schmelze heterogene Gemische der beiden benachbarten Phasen aus.

Seite 4 von 7