Kristallchemie. Atome Ionen Moleküle Chemische Bindungen

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Melanie Seidel
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1 Kristallchemie Atome Ionen Moleküle Chemische Bindungen

Metalle, Metalloide, Nichtmetalle Metalle: E-neg < 1.

2 Metalle, Metalloide, Nichtmetalle Metalle: E-neg < e - Abgabe Kationen Nichtmetalle: E-neg > e - Aufnahme Anionen Metalloide: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po Kationen / Anionen

3 Ionische Bindung Steinsalz (Halit) Halit Cl Na Cl Cl Cl

4 Kovalente Bindungen Elektronegativitätsdifferenz sehr klein oder null (z.b. Elementmoleküle: H 2, O 2. N 2, F 2 ; organische Verbindungen; Graphit, Diamant, elementarer Schwefel Realgar-As 2 O 3 ) Zum Erreichen der Edelgaskonfiguration teilen die beteiligten Atome ihre ungepaarten Elektronen in einem gemeinsamen Pool - überlappende Orbitale - was zu einer starken anziehenden Wechselwirkung (kovalente Bindung) führt.

5 Kovalente Bindung - Diamant Hybrid Orbitale Kohlenstoff: Fig 8-8 of Bloss, Crystallography and Crystal Chemistry. MSA 1s 2s 2p 1s 2(sp 3 ) C-C-C angle = 109 o 28

6 Dritte Lage A-B-A-B hexagonal dichteste Packung (HCP) Dichteste Packung Koordinationszahlr (nächste Nachbarn) = 12 6 koplanar 3 oberhalb 3 unterhalb

7 Dichteste Packung Blick von oben zeigt hexagonale Einheitszelle

8 Dichteste Packung Dritte Lage: Wenn auf C-Platz Abfolge A-B-C-A- B-C kubisch dichteste Packung (CCP) Atome der blauen Lage in neuer Position Lücken in Lage A und B

9 Closest Packing Schräge Sicht von oben zeigt die Flächenzentrierte kubische Einheitszelle. Die Ebene mit den dichtest gepackten Schichten ist (111). C-Lage B-Lage A-Lage A-Lage

10 Der nächst kleinere Gitterplatz ist Kubisch innenzentriertes Gitter (BCC = body centered cubic lattice) das Kation (rot) im Zentrum des Würfels umgeben von Anionen (gelb) an den Ecken Koordinatiosnzahl 8 (Ecken des Würfels)

Ein zentrales Anion bleibt mit abnehmendem Radienverhältnis R K /R A in VIII Koordination bis die limitierende Situation, dass sich alle Atome berühren,

11 Ein zentrales Anion bleibt mit abnehmendem Radienverhältnis R K /R A in VIII Koordination bis die limitierende Situation, dass sich alle Atome berühren, erreicht ist Bei weiter sinkendem Radienverhältnis würde das zentrale Kation zu wackeln beginnen die Struktur stellt auf die nächst tietere Koordination um

12 Rotation

13 Rotation

14 Was ist das limiterende Radienverhältnis R K /R A?? Central Plane = = = R K + R A = 1 (arbitrary) wenn R A = 1 dann R K = R K /R A = 0.732/1 = = 2

15 Die limitierenden Radienverhältnisse für Koordination VIII sind 1.0 (kubische oder hexagonale dichteste Kugelpackung) und = = = 1 (arbitrary) = 2

16 Wenn R K /R A unter sinkt, dann ergibt sich für das zentrale Kation die nächst niedriger Koordination VI das Kation sitzt im Zentrum eines Oktaeders aus dichtest gepackten Anionen

17 Was ist das limitierende Radienverhältnis R K /R A?? = d K + d A = 2 = 1 wenn d A = 1 dann d K = d K /d A = R K /R A = 0.414/1 = 0.414

18 Wenn R K /R A unter sinkt, dann ergibt sich für das Kation Koordination IV. Das Kation sitzt im Zentrum eines Tetraeders aus dichtest gepackten Anionen.

19 Limitierendes R K /R A?? Abstand Zentrum-Ecke in Tetraeder mit Kantenlänge 1.0 = R K = = R K /R A = /0.5 = 0.225

20 Wenn R K /R A unter sinkt, dann ergibt sich für das Kation Koordination III. Das Kation sitzt im Zentrum eines Dreieckes aus dichtest gepackten Anionen. Was ist das limiterende Verhältnis von R K /R A?? cos 60 = 0.5/y y = R C = = y R C /R A = 0.077/0.5 = 0.155

21 Wenn R K /R A unter 0.15 fällt, dann ergibt sich für das Kation Koordination II Das Kation sitzt direkt zwischen zwei benachbarten Anionen

22 Zusammensetzung der Erdkruste Gew. % Atom % Ionenradius Vol. % O Si Al Fe Ca Na K Mg Total Sauerstoff: : 94 vol. % der Kruste Kruste (und ihre Bestandeile die Minerale) sind eine dichte Sauerstoffpackung mit Kationen in den Lücken

23 Ionenradien Atome/Ionen sind keine starren Kugeln, d.h. die Ionenradien sind unter anderem auch von der Koordinationszahl und der Ladung abhängig.

24 Kation/Anion KZ r eff (Å) Kation/Anion KZ r eff (Å) Al 3+ IV 0.39 Fe 2+ IV 0.63 VI 0.39 VI 0.75 Ba 2+ X 1.52 Fe 3+ IV 0.49 XII 1.61 VI 0.55 Be 2+ IV 0.27 K 1+ VII 1.46 C 4+ IV 0.15 X 1.59 Ca 2+ VI 1.00 XII 1.64 VII 1.06 Mg 2+ IV 0.57 VIII 1.12 VI 0.72 Cu 1+ II 0.46 Na 1+ VII 1.12 IV 0.60 XII 1.39 VI 0.77 O 2- III 1.36 Cu 2+ IV 0.57 P 5+ IV 0.17 VI 0.73 S 2- VI 1.84 F 1- II Si 4+ IV 0.26 III 1.30 VI 0.40

26 Hausaufgabe Verwenden Sie R K /R O2- und die Information zu den limitierenden Radienverhältnissen um die wahrscheinliche Koordination der folgenden Ionen in Silikaten und Oxiden abzuleiten : Si +4 Mg 2+ Al 3+ Ti 4+ K + Ca 2+ Fe 2+.Fe 3+ Na +

27 Koordinations polyeder

28 Darstellung der Struktur Diamant Kugel Modell Alle C-Atome in Koordination IV Flächenzentrierte Einheitszelle ball-and-stick Modell Polyeder Modell

29 Gerüstsilikat Quarz Albit

30 Schichtsilikat T O T Mg SiO 4 K Phlogopit

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