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Warum ist Titan härter als Eisen?

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Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Frank » 20. Jul 2016, 11:38

Ich arbeite momentan viel im Garten und bin gerade dabei einen großen Granitstein zu bearbeiten. Mein Titanbohrer funktioniert da so viel besser als ein Eisenbohrer. (In puncto Haltbarkeit und Abnutzung)
Am Ende von großen Sternen bleib nach allen "Fusionen " entweder ein Eisenkern zurück(mehr geht ja nicht), oder es entsteht unweigerlich ein SL.
Es kann also nicht mehr als Eisen erbrütet werden.
Müsste dann Eisen nicht das härteste Material sein , dass es gibt?
Es gibt ja auch Diamanten, eben Titan und noch eine Menge mehr , dass ´schwerer als Eisen ist.

Alle Zustände bis zum Eisen müssen ja vorher ablaufen. Warum ist das Eisen nicht der härteste Stoff den wir kennen?

Wo ist denn hier mein Denkfehler?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von tomS » 20. Jul 2016, 11:53

In der Astrophysik spielt die Bindungsenergie des Kerns die wesentlichen Rolle. Im Falle des Bohrers jedoch die Struktur der Hülle und der Bindungsenergie im Kristallgitter.

Wie man anhand von Diamant sieht hat beides nichts miteinander zu tun.
Gruß
Tom

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von positronium » 20. Jul 2016, 12:00

Härte hat in erster Linie etwas mit der Atomkonfiguration und Bindung im Festkörper zu tun. Aus welchem/n chemischen Element/en das Material besteht, spielt nur in sofern eine Rolle, als dass es durch seine chemischen Eigenschaften und seine Grösse diese Konfiguration beeinflusst.
Reines Eisen ist eigentlich relativ weich, weil die Atomschichten gegeneinander verschoben werden können; deshalb bringt man Kohlenstoff ein, um dieses Verschieben zu verhindern, und so Stahl zu erhalten, der deshalb wesentlich härter ist.
Diamant ist so hart, weil die Kohlenstoffatome tetraederförmig angeordnet sind, wodurch Kräfte eigentlich ideal verteilt werden.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Dares » 20. Jul 2016, 12:24

Schade mein Beitrag ist wieder weg an welchem ich lange geschrieben hatte.
also nochmal: Z.B. Kohlenstoff und ein Diamant sind ja gleichwertig. Sie bestehen beide aus dem gleichen Material, sind auch wohl im Chemiebaukasten(also dem Periodensystem) gleichwertig. Nur sie haben dann doch unterschiedliche Eigenschaften.
Oder nehmen wir mal Sauerstoff welches gasförmig ist. Wenn ich ein mittelalterlicher Allchimist wäre dann füge ich hier ein elektron und Neutron hinzu und ich erhalte eine feste Substanz die der Beschaffenheit des Eisens ähnelt. Da sieht man wieder wie sich Eigenschaften der Elemente verändern lassen können.

Gut aber Titan ist doch eine Legierung aus verschiedenen Elementen?

Dares

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Frank » 20. Jul 2016, 12:42

Danke für eure Antworten.
Ein paar Frage bleiben da aber noch.
Bei einem Neutronenstern wird die Materie dermassen zusammengequetscht, dass die Atomkerne aneinader geraten.
Sind da die Atome nicht soweit zusammengequetscht, dass es "besser"gar nicht mehr geht?(Siehe Eisen--->Stahl Beispiel)
Oder ist das, was im Kern eines Neutronensternes ist, gar kein "richtiges"Eisen mehr, sondern nur noch irgendein Schlacke/Neutronenklumpen?
Wenn es aber kein Eisen mehr wäre, wo hat dann so ein Teil sein unglaubliches Magnetfeld her?

Fragen über Fragen....

http://abenteuer-universum.de/stersterne/neutro.html
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Dares » 20. Jul 2016, 13:26

Naja so mit dem Erbrüten kann man es so nicht vergleichen. Die Elemente wie wir oder ich sie kenne sind dann doch aus Super-Novea-Explosionen entstanden: Also durch das Zusammenpressen sind neue Elemente entstanden die dann in einer Explosion ins All geschleudert wurden. Das kann man auch alles sehen fühlen riechen oder schmecken und anfassen.

Was einen Neutronenstern anbelangt so möchte und kann auch nicht darüber nachdenken falls dort Elemnte erbrütet werden.
Falls diese Dinger mal explodieren würden müsste vielleicht unser Periodensystem neu geschrieben werden.

Was Eisen anbelangt die werden erstmal durch die Verschmelzungvon Atomen von eben helium bis letztendlich zum Eisen "erwirtschaftet" Danach ist dann Schluss mit lustig brennen für eine Sonne. Ausser sie hat eine gewisse Grösse und kollabiert dan als sie implodiert dann mehr oder weniger und dabei werden dann durch den inneren Druck der Implosion weiter Elemente verschmolzen wie jetzt jenseits von Eisen eben auch höhere. Schau mal ins Periodensystem.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von seeker » 20. Jul 2016, 13:36

Jaa, also...
die Härte von Materialen beruht auf der Chemie und ist insofern von der Kernphysik erst einmal eingermaßen abgekoppelt.
Genau, Kohlenstoff z.B., also ein uns dasselbe Element, kann in verschienden chemischen Bindungen vorliegen, z.B. als Graphit (SP2-Elektronenkonfiguration/Orbitale, falls es jemanden interessiert) und dann ist es weich und aber auch als Diamant (SP3), dann ist es extrem hart.

Zum Titanbohrer:
Was da so hart ist, ist nicht Titan, sondern eine Titanverbindung: Titancarbid oder Titannitrid. Carbide (Kohlenstoffverbindung) und Nitride (Stickstoffverbindung) sind Keramiken und die sind sehr sehr hart: Wolframcarbid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, kubisches Bornitrid, usw.
Da solche Keramiken aber auch teuer und sehr spröde sind und daher leicht brechen, macht man nicht den gesamten Bohrer aus diesem Material, sondern nur die Spitze ist aus Keramik (genauer, aus einem Keramik-Metall-Sintermaterial: Widia) und wird eingelötet oder man beschichtet den Bohrer nur mit einer sehr dünnen Keramikschicht (µm-Bereich), das sieht man am Boher dann, die schillern dann nämlich oder sind farbig, z.B. gelblich oder schwarz.

Zum Neutronenstern:
Die Verhältnisse dort sind so extrem, dass man nicht mehr von gewöhnlichen Atomen oder chemischen Elementen sprechen kann.
So etwas liegt dort nicht mehr vor. Es gibt dort auch keine Chemie mehr.
Chemie ist sowieso etwas, dass nur in gemäßigten Bereichen exitiert: geringe Temperatur, geringer Druck ist vonnöten
Stattdessen ist ein Neutronenstern schon eher so etwas, wie ein riesiger Atomkern, also keine chemischen, sondern eher kernphysikalische Prozesse...
Warum? Extrem hoher Druck, extrem hohe Temperatur!
Deshalb gibt es dort dann auch kein Eisen mehr, es gibt dort überhaupt keine chemischen Elemente mehr.
Stattdessen "entartete" Kernmaterie und Elektronen. Die Elektronen bewegen sich dennoch, reagieren z.T. mit Protonen zu Neutronen und wieder zurück und sind z.T. auch frei und können in riesigen Strömen fließen, daher kommt das starke Magnetfeld.

Und:
Schon der Eisen-Nickel-Kern der Erde besteht nicht mehr aus gewöhnlichem Eisen und Nickel, wie wir es von der Erdoberfläche her kennen, obwohl man das Material hier noch (im Gegensatz zum Neutronenstern) als "Eisen" und "Nickel" bezeichnen kann, weil die Kerne noch stabil sind.
Warum? Sehr hoher Druck, sehr hohe Temperatur!
--> Unter diesen Bedingungen verhält sich das Material anders, hat Eigenschaften, die wir bei uns an der Oberfläche nicht finden.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von gravi » 20. Jul 2016, 20:38

@seeker: Perfekte Antwort! Leider findet man immer wieder die Meinung, Titan sei hart. Ist aber fast so "weich" wie Aluminium. Erst die Verbindung mit Kohlenstoff oder Stickstoff bildet eine extreme Härte aus.

Schade, ich kann deiner Aussage nichts hinzu fügen... :cry:

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Frank » 21. Jul 2016, 22:34

Also ist chemisch im Grunde mehr möglich, als eine Supernovaexplosion hervorbringenkann. Auch das erzeugen von immer neuen Elementen, dass bekanntlich bei Eisen endet, ist eben begrenzt.
Könnten wir dann im Labor unendlich viele andere Elemente erschaffen?(vorausgesetzt sie würden auch für ein paar Sekunden stabil bleiben.)
Ergo ist das Periodensystem also nur eine Momentaufnahme, dass sich im Laufe der Jahrhundert noch verändern kann?
Mit freundlichen Grüßen

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von seeker » 21. Jul 2016, 22:48

Ja, die kernphysikalischen Prozesse in Sonnen und bei einer Supernova liefern nur das Baumaterial: die chemischen Elemente (Helium, Eisen, Sauerstoff, Gold, usw.), die dann, wenn sie soweit abgekühlt sind (dass diese Atomkerne ihre Elektronen halten können), die Bausteine für alles andere bilden (für die Chemie): Die Stoffe, Verbindungen, aus denen wir bestehen (z.B. Wasser, Proteine, Fette, usw.).
Frank hat geschrieben:Könnten wir dann im Labor unendlich viele andere Elemente erschaffen?(vorausgesetzt sie würden auch für ein paar Sekunden stabil bleiben.)
Ergo ist das Periodensystem also nur eine Momentaufnahme, dass sich im Laufe der Jahrhundert noch verändern kann?
Das periodische System der chemischen Elemente ist fix, kann nur nach oben hin (zu den superschweren Elementen) noch erweitert werden.
Diese Elemente, die gewöhnlich künstlich erzeugt werden, sind aber alle instabil, radioaktiv, zerfallen wieder in kurzer Zeit zu leichteren Elementen und einigen anderen Teilchen, wie Elektronen, Neutrinos, usw.
Eines der schwersten einigermaßen stabilen Elemente ist das Uran (Halbwertszeit einige Milliarden Jahre beim Uran238, Uran238 unterscheidet sich vom instabileren Uran235 nur durch die Anzahl der Neutronen im Atomkern, die Anzahl der Protonen im Kern und der Elektronen in der Hülle ist identisch).

Nochmal kurz:

Chemie ist, wenn die Elektronen um die Atomkerne irgendetwas machen, wenn sich z.B. ein Elektron von einem Atom zu einem Zweierpärchen mit einem anderen Elektron eines anderen Atoms zusammentut. Das ist dann eine chemische Bindung (Elektronenpaarbindung), die einen neuen Stoff erzeugt, der aus mehreren Atomen besteht (ein Molekül) und neue Eigenschaften hat, z.B. Wasser: Wasserstoff(Gas) plus Sauerstoff(Gas) -> Wasser(Flüssigkeit).
Bei den Atomkernen verändert sich bei chemischen Prozessen überhaupt nix.

Kernphysik ist, wenn sich in den Atomkernen selbst etwas ändert. Naturgemäß hat das mit viel höheren Energien zu tun.
Z.B. sind deshalb Atombomben (-> Physik der Teilchen im Atomkern: Protonen, Neutronen) sehr viel stärker als chemische Bomben z.B. aus TNT (-> Physik der Elektronen in den Atomhüllen).

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von positronium » 22. Jul 2016, 09:40

Frank hat geschrieben:Also ist chemisch im Grunde mehr möglich, als eine Supernovaexplosion hervorbringenkann.
Das kann man nicht vergleichen. Was wir als Härte bezeichnen, hat damit zu tun, wie fest Atome in Festkörpern untereinander zusammenhängen; was eine Supernova ausspuckt sind die Atome selbst, also nur unverbundene Atome.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von gravi » 22. Jul 2016, 17:00

Auch in Supernovaüberresten finden sich bereits einfache Verbindungen, wie z.B. Kohlenmonoxid.
Es kommt immer auf die Bedingungen an.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Skeltek » 22. Jul 2016, 23:27

gravi hat geschrieben: Auch in Supernovaüberresten finden sich bereits einfache Verbindungen, wie z.B. Kohlenmonoxid.
Und da soll noch einer die grüne Plakette für Solarautos fordern... ;-P
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
Diese Menge hat zwei Elemente: A und B

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von seeker » 23. Jul 2016, 08:31

gravi hat geschrieben:Auch in Supernovaüberresten finden sich bereits einfache Verbindungen, wie z.B. Kohlenmonoxid.
Es kommt immer auf die Bedingungen an.
Ja.
Was ich nochmals herausstellen möchte:

In Sonnen oder in Supernovae entstehen zunächst keine fertigen Elemente im Sinne von Atomen, es entstehen stattdessen Atomkerne, ohne Elektronenhülle drum herum. Die Elektronen sind dabei schon auch da, aber ungebunden: Eine Suppe aus freien Atomkernen und freien Elektronen. So was nennt man Plasma. Und ca. 98% der normalen Materie des Universums befindet sich im Plasmazustand, wenn ich es noch recht weiß.

Erst wenn das abkühlt, werden auch die Elektronen kalt/langsam genug, um stabile Elektronenhüllen um die Atomkerne zu bilden, um eingefangen zu werden und bei den Kernen zu bleiben.
Erst dann haben wir Atome, so wie wir sie kennen.
Und erst dann kann es auch Chemie geben.

Oberhalb von ein paar tausend Grad (schätzungsweise ca. 5000°) gibt es das nicht (bei geringen Drücken): Es gibt keine chemischen Verbindungen/Moleküle die dann noch zusammenhalten, weil sich die Elektronen dann von den Atomen lösen. Und dann gibt es auch keine Chemie mehr, in dem Sinne. Es gibt dann nur noch isolierte und mehr oder weniger ionisierte Einzelatome und entsprechend viele freie Elektronen drum herum.
Wenn's dann wieder abkühlt bildet so ne Suppe dann natürlich wieder chemische Verbindungen, z.B. CO.

Beste Grüße
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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Pippen » 23. Jul 2016, 23:19

positronium hat geschrieben:Diamant ist so hart, weil die Kohlenstoffatome tetraederförmig angeordnet sind, wodurch Kräfte eigentlich ideal verteilt werden.
1. Gibt es noch eine optimalere/härtere Form wie die tetraederförmige?
2. Wenn man Eisenatome so anordnem würde/könnte, wie die Kohlenstoffatome im Diamanten - dann müsste dieses Teil gleich hart sein wie der normale Kohlenstoffdiamant - richtig?

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von positronium » 24. Jul 2016, 11:40

Pippen hat geschrieben:1. Gibt es noch eine optimalere/härtere Form wie die tetraederförmige?
Meines Wissens nach nicht.
Pippen hat geschrieben:2. Wenn man Eisenatome so anordnem würde/könnte, wie die Kohlenstoffatome im Diamanten - dann müsste dieses Teil gleich hart sein wie der normale Kohlenstoffdiamant - richtig?
Das stimmt nicht. Silizium kann man im Gegensatz zu Eisen so anordnen. Es ist dem Kohlenstoff-Diamant gegenüber aber im Nachteil, weil (wie beim Eisen) der Atomradius von Silizium grösser ist, und deshalb weniger Bindungen pro Volumen vorhanden sind - proportional dazu müsste die Härte geringer sein; ich weiss aber nicht, ob da noch andere Effekte (innere Orbitale?) hinein spielen - die Chemiker wissen mehr! :(

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Frank » 25. Jul 2016, 09:08

Das Thema Bindungsenergie(Habe leider kein Studium und muss des Wegen wohl sehr einfältig fragen)

Hier ein Auszug aus Wikipedia

Die Bindungsenergie entspricht der Arbeit, die aufgewandt werden müsste, um den Kern in seine einzelnen Nukleonen zu zerlegen. Umgekehrt würde diese Bindungsenergie freigesetzt, wenn es gelänge, einen Atomkern aus freien Protonen und Neutronen zusammenzusetzen. Wegen der Äquivalenz von Masse und Energie führt die Bildung des Kerns zu einem Massendefekt. Das heißt, jeder Atomkern (außer 1H) hat eine geringere Masse, als sich beim Addieren der ihn bildenden – ungebundenen – Nukleonen ergibt.

Die Bindungsenergie pro Nukleon ist in verschiedenen Kernen verschieden hoch. Auf diesen Unterschieden der Bindungsenergie pro Nukleon beruht der Energiegewinn oder -verlust bei Kernreaktionen, also insbesondere die Möglichkeit, Energie im technischen Maßstab aus Kernreaktionen zu gewinnen. Bei der Fusion von He-4 aus kleineren Kernen ist diese Energie besonders hoch, was für die technische Kernfusion ausgenutzt werden soll. Energie wird frei bei Kernfusionen bis zur Entstehung von Eisen, weshalb die Fusionen in Sternen dort enden. Für die Fusion zu Elementen höherer Ordnungszahlen ist dagegen Energiezufuhr notwendig, wie sie erst bei der Explosion am Lebensende großer Sterne als Supernova zur Verfügung steht. Hingegen wird bei der Spaltung dieser schweren Atomkerne Energie frei, was bei U-235 und anderem spaltbaren Material technisch zur Energiegewinnung ausgenutzt wird.


Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Atomkern

Mehr als Eisen kann in Sternen nicht fusioniert werden. Zu allem anderen ist Energiezufuhr nötig, wie sie z.B. bei SN Explosionen zur Verfügung steht.
-Seeker hat geschrieben, dass ab 5000 C (ca.) und eine Supernova ist wohl sehr viel heisser , keine Chemie mehr stattfindet. Auch schwirren da nur die Atome durch die Gegend und die Elektronenschalen kommen erst bei Abkühlung dazu.

-Die Elemente sind aber anscheinend doch schon da, oder wird das nur so ausgedrückt, um nicht vollends zu verwirren?

-Woher wissen den die Atome, welche Elektronen sich um sie scharen werden, oder ist das schon so von vorne herein festgelegt,also es kann ein Atomkern z.B. nur Gold werden und nichts anderes ?( Bei Abkühlung dann)


Auch bin ich der Meinung , dass nicht 98% der Masse im Weltall Plasma ist. Meines Wissens ist die größte Masse ja in der interstellaren Wolken zu finden , die sich stellenweise ja über hunderte von Lichtjahren ziehen. Bekannterweise sind diese aber auch sehr kalt, also kann es dort doch kein Plasma geben?
;?
Mit freundlichen Grüßen

Frank

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von positronium » 25. Jul 2016, 09:47

Frank hat geschrieben:-Seeker hat geschrieben, dass ab 5000 C (ca.) und eine Supernova ist wohl sehr viel heisser , keine Chemie mehr stattfindet. Auch schwirren da nur die Atome durch die Gegend und die Elektronenschalen kommen erst bei Abkühlung dazu.
Als Atom bezeichnet man den Kern (bestehend aus Protonen und Neutronen) mit den Elektronen der Hülle. Bei sehr hohen Temperaturen werden Atome ionisiert, verlieren also die Elektronen; die Atomkerne bleiben aber (erst einmal) in ihrer Form bestehen. Weil Chemie im wesentlichen die Physik der Atomhüllen, also der "aussen" befindlichen Elektronen ist, kommt Chemie bei so hohen Temperaturen wegen der dann freien Elektronen natürlich nicht mehr vor.
Frank hat geschrieben:-Die Elemente sind aber anscheinend doch schon da, oder wird das nur so ausgedrückt, um nicht vollends zu verwirren?
Chemische Elemente sind in Form von Atomen (mit Hülle) nicht vorhanden, eben weil den Kernen die Elektronen fehlen. Die Atomkerne existieren aber bereits, und diese bzw. deren Ladung bestimmt, wie viele Elektronen sie binden können, und damit um welches chemisches Element es sich handelt bzw. handeln wird, sobald Elektronen eingefangen wurden.
Frank hat geschrieben:-Woher wissen den die Atome, welche Elektronen sich um sie scharen werden, oder ist das schon so von vorne herein festgelegt,also es kann ein Atomkern z.B. nur Gold werden und nichts anderes ?( Bei Abkühlung dann)
"Welche" Elektronen es sein werden, ist natürlich unbekannt - die sind aber sowieso ununterscheidbar. Aber der Rest ist richtig. Die Zahl der Protonen im Kern bestimmt, welches Atom es ist.
Frank hat geschrieben:Auch bin ich der Meinung , dass nicht 98% der Masse im Weltall Plasma ist. Meines Wissens ist die größte Masse ja in der interstellaren Wolken zu finden , die sich stellenweise ja über hunderte von Lichtjahren ziehen. Bekannterweise sind diese aber auch sehr kalt, also kann es dort doch kein Plasma geben?
;?
Es gibt auch Niedertemperaturplasma (Flammen). Das mit den 98% erscheint mir auch hoch, weiss ich aber nicht.

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von seeker » 25. Jul 2016, 10:31

Frank hat geschrieben:Woher wissen den die Atome, welche Elektronen sich um sie scharen werden, oder ist das schon so von vorne herein festgelegt,also es kann ein Atomkern z.B. nur Gold werden und nichts anderes ?( Bei Abkühlung dann)
Das ist durch die Kerne vorgegeben. Atomkerne bestehen aus Neutronen und Protonen.
Neutronen sind neutral, Protonen tragen die el. Ladung +1 und bestimmen alleine, um welches Element es sich handelt.
Und genau so viele Protonen wie im Kern sind, werden sich dann Elektronen (el. Ladung -1) um diesen Kern herumscharen, damit es neutral wird.
Das geschieht, wenn es kalt genug dafür ist.
Da/insoweit sich diese Protonenzahl nach den Kernreaktionen in Sternen, SN nicht mehr ändert, ist das dann fix.

Beispiel:
Ein Kohlenstoffkern besitzt 6 Protonen und 6 Neutronen. Daher wird er auch genau 6 Elektronen einfangen, wenn er kalt genug zum Kohlenstoffatom wird. Da in die erste Elektronenschale nur 2 Elektronen hineinpassen, wird außen herum noch eine eine zweite Schale mit den restlichen 4 Elektronen gefüllt. Da in diese Schale prinzipiell insgesamt 8 Elektronen hineinpassen (also noch 4 zusätzliche), ist der Kohlenstoff maximal 4-bindig.

Zur Bindungsenergie:
Richtig, aber man muss da aufpassen, dass es nicht verwirrt. Was du herausgesucht hast ist die Bindungsenergie in Atomkernen. Es gibt dann auch noch eine Bindungsenergie bei chemischen Verbindungen, die nur die Elektronen betrifft und die im Vergleich viel geringer ist. Man muss das auseinanderhalten, auch wenn es denselben Namen trägt.

positronium hat geschrieben:Es gibt auch Niedertemperaturplasma (Flammen). Das mit den 98% erscheint mir auch hoch, weiss ich aber nicht.
Ja gibt es und vieles mehr. Es gibt Plasmen im nicht-thermischen-Gleichgewichtszustand, wo die Elektronen heißer als die Kerne/Ionen sind.
Es gibt auch Zwischenzustände. Von "Plasma" spricht man schon, wenn die Atome wenigstens etwas ionisiert sind (also auch schon, wenn sie nur einen Teil ihrer Elektronen verloren haben), weil man dann schon eine elektrisch leitfähige gasartige 'Suppe' mit freien Elektronen hat.
Erst bei vollständiger Ionisation ist ein Endpunkt erreicht, wo die Atomkerne dann völlig nackt sind.
Zu den ca. 98% kommt man, weil der Großteil der normalen Materie in Sternen gebunden ist und Sternmaterie befindet sich im Plasmazustand.
Der Plasmazustand wird manchmal auch der 4. Aggregatszustand genannt, neben fest, flüssig und gasförmig.
Pippen hat geschrieben:Wenn man Eisenatome so anordnem würde/könnte, wie die Kohlenstoffatome im Diamanten - dann müsste dieses Teil gleich hart sein wie der normale Kohlenstoffdiamant - richtig?
Wenn die Bindungen ähnlich stark wären und wenn es 4 wären. Beides ist aber nicht gegeben.
Eisen ist ein Metall und macht daher schon keine Elektronenpaarbindungen die vergleichbar mit dem Kohlenstoff wären, wie beim Diamant.
Viel lieber gibt das Eisen seine Außen-Elektronen ganz her und macht Ionenbindung oder macht im reinen Metall oder in Legierungen Metallbindung.
Pippen hat geschrieben:1. Gibt es noch eine optimalere/härtere Form wie die tetraederförmige?
Jein. Es gibt neuerdings einige neuere, künstlich in Mikromengen hergestellte Kohlenstoffformen, die noch etwas härter als Diamant sein sollen.
Außerdem soll heißes Bornitrid in der Lage sein Diamant zu ritzen. Härte kann auch eine Temperaturfrage sein: Wie hart bei welchen Bedingungen?

Gruß
seeker
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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Pippen » 26. Jul 2016, 10:10

@seeker: Die Protonen sind doch alle gleich, stimmt's, d.h. es gibt keine Wasserstoffprotonen oder Kohlenstoffprotonen, es gibt nur Protonen und deren Anzahl mit/ohne Elektronen entscheidet dann, ob es uns als Gas, Flüssigkeit oder fest, ob als Wasser oder Diamant erscheint, richtig? Woher wissen wir das oder anders: Woher wissen wir, dass die Protonen nicht qualitativ verschiedenartig sind, es also Wasserstoff- oder Eisenprotonen gibt? Kann man das beweisen oder fällt das unter Ockham's Rasiermesser?

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von gravi » 26. Jul 2016, 18:54

Selbstverständlich lässt es sich beweisen, dass alle Protonen völlig identisch aufgebaut sind. Nimm z.B. die Fusionen in der Sonne (oder anderen Sternen). Hier werden aus Protonen (Wasserstoff- Ionen!) andere Elemente wie Helium, Sauerstoff, Kohlenstoff usw. bis hin zum Eisen fusioniert. Maßgeblich für ein Element sind lediglich die Anzahl der Protonen (und Neutronen) im Atomkern, die für die unterschiedlichen Eigenschaften verantwortlich sind. Aber alle Protonen sind völlig gleich, aus 2 Up- und einem Down- Quark aufgebaut.

In einer Supernova können z.B. die Eisenatome von energiereichen Gammaphotonen wieder zertrümmert werden - bis hin wieder zum Wasserstoffion.
Es gibt also weder Eisen- noch Goldprotonen...

Netten Gruß
gravi
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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Skeltek » 27. Jul 2016, 03:15

Wenn man Quarks auf ihre Gruppenzugehörigkeit reduziert und sämtliche anderen Eigenschaften wie Position, möglicherweise vorhandene makroskopisch nicht meßbare Vibrationsfrequenzen usw alles ausblendet ja.
Ausserdem ist ja nicht garantiert, dass selbst die Protonen innerhalb eines Eisen-Atoms gleich sind.
Selbst die Gleichheit eines Protons oder Quarks zu zwei beliebigen Zeitpunkten ist nicht einmal garantiert.
Auch zwei Wasserstoff-Protonen sind nicht überprüfbar gleich.
Man weiss nur, dass sie makroskopisch für uns nicht unterscheidbar sind - subatomare Prozesse auf Quark-Größenordnung sind aus dem makroskopischeren Bereich nicht beobachtbar.
Hier hat man mit Unschärfe und ähnlichen Barrieren zu kämpfen :-(
gravi hat geschrieben: Aber alle Protonen sind völlig gleich, aus 2 Up- und einem Down- Quark aufgebaut.
Das Argument hinkt ein wenig. So wie Autos aus Karrosserie und zwei Achsen bestehen, kann man das nicht einfach so klassifizieren.
Dinge, welche sich in einer gewissen Rolle in einem System völlig äquivalent verhalten lassen sich einfach nur nicht unterscheiden.

So wie zwei 1kg schwere Kugeln sich in einem Schwerefeld absolut gleich verhalten und dieselbe Wirkung auf den Zentralkörper haben, so können sich sicher auch Quarks möglicherweise unterscheiden.
Das einzige was letztlich zur Debate überhaupt stehen kann ist die makroskopische Ununterscheidbarkeit zweier Protonen bzw Quarks.
Die plausibelste Erklaerung jedes hinreichend komplizierten Systems ist falsch

Unentscheidbarkeit für Dummies: Dieser Satz ist wahr
oder
Diese Menge hat zwei Elemente: A und B

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von tomS » 27. Jul 2016, 07:11

gravi hat geschrieben:Selbstverständlich lässt es sich beweisen, dass alle Protonen völlig identisch aufgebaut sind.
Na ja , beweisen lässt sich in der Physik eigtl. nichts.
gravi hat geschrieben:Aber alle Protonen sind völlig gleich, aus 2 Up- und einem Down- Quark aufgebaut.
Das ist nur eine sehr grobe Näherung. Es stimmt bzgl. aller Quantenzahlen, aber es entspricht nicht dem fundamentalen Bild des Nukleons, das wir heute haben.
gravi hat geschrieben:Es gibt also weder Eisen- noch Goldprotonen...
... aber wir wissen, dass sich im Kern gebundene Nukleonen anders verhalten als freie Nukleonen; freie Neutronen sind instabil, gebundene dagegen stabil (es gibt weitere Beispiele)
Gruß
Tom

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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von gravi » 27. Jul 2016, 09:18

Du hast natürlich in allen Punkten Recht.
Ich wollte damit auch lediglich ausdrücken, dass es keine spezifischen Gold-, Eisen- oder Wasserstoffprotonen gibt. Ebenso wenig wie goldene Elektronen oder Sauerstoffneutronen.
"Titanprotonen" sind somit auch nicht "härter" als Eisenprotonen... :wink:

Netten Gruß
gravi
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Re: Warum ist Titan härter als Eisen?

Beitrag von Pippen » 27. Jul 2016, 18:05

Laßt mich advocatus diaboli spielen: Am Anfang beim Big Bang gab es bereits Wasserstoff, Helium,...-Protonen. Nur Protonen gleicher Qualität verbinden sich. In Sonnen focusiert sich dieser Zoo der Protonen besonders und daher werden dort die verschiedenen Elemente erbrütet, weil halt in der Sonne zB besonders viele Eisenprotonen konzentriert sind, die sich durch den Druck dann auch "finden". Was/wie würde man hier entgegnen? Mich interessier eben, ob die Neutralität der Protonen beweisbar ist oder letztlich nur ein Axiom?

Oh, da kommt mir gerade ein Beweis in den Sinn: Man nehme ein Stück Eisen und mache daraus Wasser - müsste ja theoretisch gehen, wenn man "nur" die Protonen des Eisens anders anordnen müsste.

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