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C++ Forum :: Mathematik und Physik ::  Zinn und seine Farbe     Zeige alle Beiträge auf einer Seite Auf Beitrag antworten
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Maik123456789
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Beitrag Maik123456789 Unregistrierter 19:11:19 13.11.2017   Titel:   Zinn und seine Farbe            Zitieren

Hi,

Eine kurze Frage an die Physiker:

Wenn Zinn auf unter 13,2°C abgekühlt wird, wandelt sich das Gitter um (β-Zinn => α-Zinn) und das Zinn verändert seine Farbe (silber => grauschwarz).

Wie kommt es zur Änderung der Farbe ?

Vielen Dank und viele Grüße,
Maik
SeppJ
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Beitrag SeppJ Global Moderator 19:41:52 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Wie genau willst du es wissen? Die Farbe der meisten Festkörper ist eine direkte Folge ihrer elektrischen Eigenschaften. Bei Nichtleitern spielen dabei die Eigenschaften der einzelnen Atome/Moleküle die entscheidende Rolle. Das Aussehen von Metallen wird hingegen davon dominiert, dass Metalle elektrisch leitend sind. Das ist auch der Grund, warum Metalle glänzen und insgesamt alle irgendwie ähnlich, 'metallisch' aussehen. Die genauen Eigenschaften der elektrischen Leitung sind eine Eigenschaft des kristallinen Aufbaus des Körpers, denn an der Leitung sind alle Atome gemeinsam beteiligt. Und dieser Aufbau ändert sich hier.

War das zu simpel als Erklärung, weil du studierter Festkörperphysiker bist? Zu schwer, weil du ein interessierter Schüler bist? Zu wenige detailliert, weil du die genauen elektrischen Bandstrukturen erklärt haben wolltest? Ich kann aus deiner Frage leider nicht einschätzen, welche Art von Antwort du suchst.

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Korrekte Rechtschreibung und Grammatik sind das sprachliche Äquivalent zu einer Dusche und gepflegter Kleidung.
Maik123456789
Unregistrierter




Beitrag Maik123456789 Unregistrierter 20:30:36 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Danke für die Antwort :)

Ich bin weder Schüler noch Festkörperphysiker sondern habe bald mein Diplom in Maschinenbau in der Tasche :) Grundkenntnisse in Werkstofftechnik sind also vorhanden... Und ich will es so genau wie möglich wissen. :D

Wenn sich die Farbe ändert muss das Licht ja in einer anderen Wellenlänge abgestrahlt werden. Nur ich verstehe nicht, warum das nach der Neuanordnung der Atome im anderen Gittertyp passiert. Die Atome an sich sind ja die gleichen. Nur ihre Anordnung im Gitter ändert sich...

Habe ich es richtig verstanden dass die Transmission (und Transparenz) von Metallen schlecht ist weil die Photonen nicht das Elektronengas durchdringen können ? Hat die Frequenz der Strahlung(=> Energie... W = h*f) auch einen Einfluss ? Gammastrahlung müsste doch Metalle durchdingen können... (außer Blei ?) :)


Daaaaaanke :D
hustbaer
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Beitrag hustbaer Mitglied 21:22:01 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Maik123456789 schrieb:
Wenn sich die Farbe ändert muss das Licht ja in einer anderen Wellenlänge abgestrahlt werden.

Soweit ich weiss ergeben sich die Farben der meisten nicht transparenten Stoffe dadurch dass Licht bestimmter Wellenlängen absorbiert wird -- und der Rest quasi unverändert reflektiert.

Maik123456789 schrieb:
Nur ich verstehe nicht, warum das nach der Neuanordnung der Atome im anderen Gittertyp passiert. Die Atome an sich sind ja die gleichen. Nur ihre Anordnung im Gitter ändert sich...

Ich würde mal ganz naiv vermuten dass sich dadurch die Quantensprünge (-> Elektronischer Übergang) die die Atome machen können ändern. Und damit auch die Wellenlänge der Photonen welche sie absorbieren können.

Bin aber kein Physiker, demzufolge bitte nicht einfach blind glauben ;)

Aber kannst ja selbst lesen
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektronischer_%C3%9Cbergang
https://de.wikipedia.org/wiki/Entstehung_von_Farben
https://de.wikipedia.org/ ....... -physikalische_Grundlagen

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mice
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Beitrag mice Unregistrierter 21:31:54 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Ist auch nicht wirklich richtig.
Verzinne ein Stück Blech und schaue welche Farbe das hat, sie ist dunkler. Mache das Blech warm und bringe das Zinn zum verlaufen (Aufschmelzen) dann wird die Oberfläche heller. Das Farbempfinden reicht hier von (fast) dunkelgrau bis hellglänzend. Der innere Aufbau hat nichts mit der Oberfläche zu tun die für die Farbe zuständig ist.
SeppJ
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Beitrag SeppJ Global Moderator 21:38:23 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Bei Metallen werden so ziemlich alle Wellenlängen perfekt reflektiert, deswegen spiegeln sie und sehen silbrig aus. Das liegt da dran, dass bei den von hustbaer erwähnten Quantenzuständen nicht nur einzelne Stufen, sondern gleich ganze Bereiche gültig sind. Meistens der gesamte optische Bereich, aber nicht unbedingt immer. Bei manchen, wie Kupfer, reicht es beispielsweise nicht ganz zu den Energien von blauem Licht, daher erscheinen sie rot-gelblich.

Das ist auch die Ursache, wieso Metalle so gute Leiter sind: Die Elektronen können in diesen Bereichen frei angeregt werden und somit ziemlich beliebige Bewegungen durchführen. Oder wenn man es umgekehrt sehen möchte: Aufgrund der Eigenschaften der Metallbindung, können sich die Bindungselektronen praktisch frei zwischen den Atomen bewegen, was gleichbedeutend damit ist, dass breite Energiebänder anregbar sind.

Die genaue Breite und Position dieser Anregungsbänder hängt also von der Bindung der Atome ab. Und die Details dieser Bindung hängt natürlich auch von solchen Dingen wie dem Abstand der Atome zueinander ab. Was eine Funktion der Kristallstruktur ist. Ändert sich die Kristallstruktur, können sich daher auch die erlaubten Energiebänder ändern, und somit die Farbe.

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Jodocus
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Beiträge: 1402
Beitrag Jodocus Mitglied 22:47:38 13.11.2017   Titel:              Zitieren

Für Metalle kann man grob sagen, dass die Farbe durch die Lage der Plasmafrequenz(en) bestimmt wird. Das kannst du dir ganz gut und semi-klassisch aus dem Lorentz-Drude-Modell ableiten. Das Ergebnis ist, dass diese Frequenz entscheidend von der freien Elektronendichte abhängt, die wiederum aus dem Bändermodell mithilfe der Zustandsdichte bestimmt werden kann. Die entsprechende Bandstruktur erhälst du, wenn du die Schrödingergleichung in einer der Näherungen löst (natürlich nur numerisch!), wobei die Form des Gitters, also Abstände etc. in den Potential-Teil des Hamiltonoperators eingeht.

Aber ganz so intuitiv wie SeppJ's Erklärung würde ich mir das Ganze lieber nicht machen, denn was da alles abgeht ist im Großen und Ganzen doch ziemlich krank. Insbesondere bei Zinn wird der Ansatz von oben entweder scheitern oder nur zufällig klappen, weil Alpha-Zinn gar kein Metall ist und damit das Bändermodell nicht mehr herangezogen werden kann.
Und auch die Sache mit dem Gold finde ich eher schwierig. Hier ist ein Bild der Bandstruktur von Gold mit dem entscheidenden Übergang 5d-6s. Hier ein etwas herausgezoomtes Bild davon. Egal wohin ich schaue, du kannst Elektronen auf jede beliebige Energie heben, es gibt immer irgendwo ein Band, obwohl bei Gold bei einer Wellenlänge ab blau Schluss sein sollte. Ich erinnere mich, dass die Farbe von Gold ein Effekt der relativistischen Quantenchemie ist, weil dort der einzelne Niveauabstand eines Goldatoms zwischen 5d und 6s gesenkt wird. Inwieweit sich das aber auf die Bandstruktur auswirkt bzw. ob die Farbe von Gold überhaupt mit der Bandstruktur erklärt werden kann, wage ich mal zu bezweifeln.

_________________
Quak


Zuletzt bearbeitet von Jodocus am 22:47:56 13.11.2017, insgesamt 1-mal bearbeitet
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