Warum hat Blei eine geringere Dichte als Wolfram?

Warum ist Wolfram dichter als Blei? Ein Blick auf atomare Strukturen und Bindungskräfte

Blei und Wolfram, beides Metalle mit vielfältigen Anwendungen, unterscheiden sich signifikant in ihrer Dichte: Wolfram weist mit 19,3 g/cm³ eine deutlich höhere Dichte auf als Blei mit 11,3 g/cm³. Diese Diskrepanz lässt sich nicht allein mit dem höheren Atomgewicht von Wolfram (183,84 u) gegenüber Blei (207,2 u) erklären, denn die Dichte ist abhängig vom Verhältnis von Masse zu Volumen. Der entscheidende Faktor ist die atomare Packungsdichte und die damit verbundenen interatomaren Bindungskräfte.

Während das Atomgewicht von Blei höher ist als das von Wolfram, sind die Wolframatome aufgrund ihrer kleineren Atomradien und der stärkeren metallischen Bindungen deutlich dichter gepackt. Man kann sich das bildlich vorstellen wie das Stapeln von unterschiedlich großen Kugeln: Kleine Kugeln (Wolframatome) lassen sich effizienter und mit weniger Leerraum in einem gegebenen Volumen unterbringen als größere Kugeln (Bleioatome). Diese effizientere Packung resultiert in einem höheren Atomgewicht pro Volumeneinheit und somit in einer höheren Dichte.

Die stärkeren metallischen Bindungen in Wolfram spielen ebenfalls eine Rolle. Die stärkere Anziehungskraft zwischen den Wolframatomen führt zu einer kompakteren Kristallstruktur. Diese kompaktere Struktur minimiert den Zwischenraum zwischen den Atomen und trägt somit zur höheren Dichte bei. Blei hingegen weist schwächere Bindungen auf, was zu einer weniger kompakten Kristallstruktur und damit zu einer niedrigeren Dichte führt.

Zusätzlich beeinflusst die Kristallstruktur selbst die Dichte. Wolfram kristallisiert in einer kubisch-raumzentrierten Struktur, die eine besonders effiziente Atomanordnung aufweist. Blei hingegen kristallisiert in einer kubisch-flächenzentrierten Struktur, die zwar ebenfalls recht dicht gepackt ist, aber im Vergleich zur kubisch-raumzentrierten Struktur von Wolfram einen geringeren Packungsfaktor aufweist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die höhere Dichte von Wolfram im Vergleich zu Blei nicht nur auf das Atomgewicht zurückzuführen ist, sondern vor allem auf die Kombination aus kleineren Atomradien, stärkeren metallischen Bindungen und einer effizienteren Atomanordnung in seiner kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur. Die unterschiedlichen atomaren Eigenschaften führen zu einer deutlich höheren Packungsdichte der Wolframatome, was letztendlich die höhere Dichte dieses Metalls erklärt.