Die chemische Bindung in Festkörpern

Zusammenfassung

Festkörperphysik ist die Physik des festen Aggregatzustandes einer großen Zahl chemisch gebundener Atome. Die Betonung liegt dabei auf der großen Zahl der beteiligten Atome. Typische Volumen von „Festkörpern“ liegen im Bereich von cm³. Die Zahl beteiligter Atome ist deshalb von der Größenordnung 10²³. Es erscheint hoffnungslos, mit einer solchen Zahl von Atomen auf das quantitative Verständnis ausgerichtete Wissenschaft betreiben zu wollen. Jedoch gerade die große Zahl beteiligter Atome ermöglicht in vielen Fällen die quantitative Beschreibung durch neue, festkörpertypische Modelle. Voraussetzung ist allerdings, dass sich die beteiligten Atome nicht willkürlich aus dem gesamten Periodensystem rekrutieren, sondern dass der Festkörper sich aus einer begrenzten Anzahl von Elementen in bestimmter Ordnung aufbaut. Schaustücke der Festkörperphysik in diesem Sinne sind die Elementkristalle, d. h. dreidimensional periodische Anordnungen von Atomen einer Sorte, oder auch die Verbindungen von zwei Elementen. Wenn wir also den Festkörper mit seinen besonderen Eigenschaften verstehen wollen, müssen wir uns ein Basisverständnis zunächst im Hinblick auf zwei Fragestellungen verschaffen: Die erste ist die Frage nach den Kräften, die die Atome im Festkörper zusammenhalten, also die Frage nach der chemischen Bindung. Die zweite ist die Frage nach der strukturellen Ordnung. Die Erarbeitung dieses Basiswissens ist der Gegenstand der ersten beiden Kapitel. Beide Kapitel können dazu nur eine kurze Einführung geben. Für genauere Darstellungen sei auf Lehrbücher der Quantenchemie und Kristallographie verwiesen.