AC II Übung 3 Abgabe Mittwoch, 11. März 2009

Transkript

1 3.1 Rotes PbO a) Skizzieren Sie die idealisierte Struktur von PbO (rot) in perspektivischer Darstellung (eine Elementarzelle). Pb-Atome: weiss, O-Atome: orange. b) Geben Sie die Koordinationspolyeder und Koordinationszahlen beider Atomsorten an und begründen Sie. Pb: KZ 4, keine planare Umgebung. Ein Pb 2+ -Ion bildet gemeinsam mit vier Sauerstoffionen eine quadratische Pyramide. O: KZ 4 ; Tetraeder. Grund für die quadratisch-pyramidale Anordnung ist das sterisch aktive freie Elektronenpaar der Pb 2+ - Ionen (in der Abbildung unten angedeutet in blau). c) Von welchem bekannten Strukturtyp lässt sich der PbO-Strukturtyp ableiten. Fluorit-Typ (CaF 2 ) (siehe Abbildungen rechts) d) Beschreiben Sie die PbO-Struktur in Worten mit Hilfe einer Kugelpackung. Die Struktur des roten PbO kann von der kubisch-dichtesten Kugelpackung abgeleitet werden. Idealisierte Struktur: Pb-Atome haben eine Anordnung entsprechend der kubisch-dichtesten KP. O-Atome besetzten die Hälfte der TL. f) Beschreiben Sie das Verknüpfungsmuster der Sauerstoff-Koordinationspolyeder. OPb 4/4 - Tetraeder sind über Kanten zu Schichten verknüpft. (Anmerkung: jedes Pb-Atom gehört zu 4 Tetraedern) g) Welche Kräfte könnten die Struktur stabilisieren? Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Schichten. Übung 3 AC2 FS 2009 Page 1

2 3.2 Besetzung von TL a) Nennen Sie drei Strukturtypen, welche von einer kubisch-dichtesten Kugelpackung abgeleitet werden können, durch Belegung ¼ der Tetraederlücken. HgI 2, SiS 2, α-zncl 2 (Anmerkung, wird meist diskutiert im Vergleich mit der Fluoritstruktur, siehe oben) b) Skizzieren Sie die Strukturen in perspektivischer Darstellung. c) Geben Sie alle Koordinationspolyeder an sowie das Verknüpfungsmuster der Tetraeder. HgI 2 SiS 2 α-zncl 2 Hg: KZ 4, Tetraeder I: KZ 2 (nicht linear) Si: KZ 4, Tetraeder S: KZ 2 (nicht linear) Über je zwei Kanten sind die SiS 4/2 -Tetraeder zu Strängen verknüpft. Anmerkung: Die SiS 2 -Struktur wird gerne im Vergleich mit den SiO 2 -Strukturen diskutiert. Zn: KZ 4, Tetraeder Cl: KZ 2 (nicht linear) Allseits eckenverknüpfte ZnCl 4/2 - Tetraeder bilden ein 3D- Raumnetz. Anmerkung: die kleinsten Maschen sind Sechsringe. e) Welche der 3 Strukturen sind Schichtstrukturen? Nur die HgI 2 -Strutur ist eine Schichtstruktur aus allseits eckenverknüpften HgI 4/2 Tetraeder (siehe Abbildungen). Übung 3 AC2 FS 2009 Page 2

3 3.3 AB 2 -Schichtstrukturen durch Verknüpfen von Polyedern Skizzieren Sie je eine mögliche AB 2 -Schichtstruktur durch Verknüpfen folgender Koordinationspolyeder: a) Trigonales Prisma b) Hexaeder Formulieren Sie die Art der Verknüpfung der AB 2 -Polyeder mittels einer Formel wie AB m/1 B n/2 B o/3 (Niggli-Schreibweise) mit m/1=endständige Liganden, n/2 = zweifach verknüpfende Liganden, o/3 = dreifach verknüpfende Liganden; Beispiel Quarz bzw. Cristoballit SiO 2 SiO 4/2 bzw. AB 4/2. a) Kantenverknüpfte Prismen, AB 6/3 ; Beispiel: MoS 2 MoS 2 -Struktur, Schichtstruktur aus kantenverknüpften Prismen. Anmerkung: Die MoS 2 -Struktur kann von der NiAs-Struktur abgeleitet werden. Nur die Hälfte der As-Atompositionen (entsprechend NiAs) sind in der MoS 2 -Struktur besetzt (Abbildung rechts: NiAs-Struktur). b) Flächenverknüpfte Hexaeder (Würfel): AB 8/4 ; Beispiel: LaI 2 Jeder LaI 8/4 -Hexaeder (Würfel) ist über vier Flächen mit Nachbarhexaedern zu Schichten verknüpft. Anmerkung: Die LaI 2 -Struktur kann von der CsCl-Struktur abgeleitet werden. Nur die Hälfte der Cs- Atompositionen wären besetzt. Achtung: es war nach SCHICHTSTRUKTUREN gefragt, die Fluorit-Struktur ist keine Schichtstruktur. Übung 3 AC2 FS 2009 Page 3

4 3.4 Überstrukturen a) Skizzieren Sie die Struktur des Fluorits als Überstruktur des Perowskits (perspektivische Darstellung). Geben Sie die Leerstellen mit dem Schottky-Symbol an (leeres Quadrat). Acht Elementarzellen des Perowskits (CaTiO 3 bzw. SrTiO 3 ) entsprechen so einer Elementarzelle des Fluorits. Anmerkung: Hier sind zwölf Perowskit-Zellen gezeichnet um Ihnen zu zeigen, dass sowohl die schwarzen Kugeln, als auch die hellblauen Leerstellen für sich betrachtet die flächenzentrierte Anordnung hätten. Übung 3 AC2 FS 2009 Page 4

5 3.4 Überstrukturen b) Welche andere wichtige und bekannte Verbindung mit überraschenden physikalischen Eigenschaften wird als Überstruktur des Perowskits beschrieben? Nennen Sie die für diese Überstruktur typischen Koordinationspolyeder. Oxocuprat-Supraleiter, Beispiel YBa 2 Cu 3 O 7-x In den Oxocuprat-Supraleitern sind nicht alle Sauerstoffpositionen der Perowskitstruktur besetzt. Dadurch ergeben sich für das Cu-Ion folgende Koordinationszahlen und Koordinationspolyeder: KZ 4 - Annähernd quadratisch-planare Koordination KZ 5 - Quadratische Pyramide Übung 3 AC2 FS 2009 Page 5