Anorganische Chemie III

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1 Seminar zur Vorlesung Anorganische Chemie III Christoph Wölper Institut für Anorganische Chemie der Universität Duisburg-Essen Stand: 17. Oktober 2013 Übungsaufgaben 1. Seminar 1. Warum gibt es keinen idealen Einkristall? 2. Warum ist die Definition eines Einkristalls trotzdem in dieser From sinnvoll? 3. Warum ist das Modell eines idealen Einkristalls eine geeignete Näherung? 2. Seminar 1. Konstruieren Sie verschiedene Miller-Ebenen in unterschiedlichen Elementarzelle. Fangen Sie zum Einstieg mit zweidimensionalen Zellen (bzw. den Projektionen entlang einer Achse) an. 2. Lassen Sie sich von einem Kommilitonen Elementarzellskizzen mit Miller- Ebenen geben und identifizieren Sie die Ebenen, die er/sie konstruiert hat. 3. Seminar 1. Zeichnen Sie eine rhomboedrische Elementarzelle in Blickrichtung [111]. 2. Gittertypen und ihre Symmetrie. a) Zeichnen Sie (primitive) Elementarzellen und geben Sie die Skizzen einem Komillitonen. 1

2 b) Identifizieren Sie den Gittertyp in den Zeichnungen, die Sie erhalten haben, und ergänzen Sie die Symmetrieachsen und möglichen Gitterzentrierungen. 3. Was passiert wenn Sie ein Objekt spiegeln und im Anschluss 180 um eine Achse senkrecht zu Spiegelebene drehen? 4. Seminar 1. Berechnen Sie die Raumerfüllung einer kubisch dichtesten Packung. 2. Kubische Strukturen. 5. Seminar a) Zeichen Sie eine beliebige Ansicht einer kubischen Elementarzelle und lassen Sie von einem Komillitonen eine der besprochenen Strukturen hineinzeichnen. b) Warum sind die Abmessungen der Zelle unerheblich? 1. Berechnen Sie die Raumerfüllung einer hexagonal dichtesten Packung. 2. Hexagonale Strukturen. a) Zeichen Sie eine beliebige Ansicht einer hexagonalen Elementarzelle und lassen Sie von einem Komillitonen eine der besprochenen Strukturen hineinzeichnen. b) Was müssen Sie bezüglich der Abmessungen der Zelle für diese Strukturen beachten? Weitere Anregungen zum selbständigen Lernen 1. Wo können Sie überall periodische Muster entdecken? a) Identifizieren Sie die Elementarzelle des Musters. b) Welche Symmetrieelemente hat das Muster? 2. Wo können Sie überall Symmetrie entdecken? a) Bei Schnee oder dem nächsten Strandurlaub: Konstruieren Sie mit Ihren Füßen eine Gleitspiegelebene. 2

3 b) Auf welche Probleme stoßen Sie, wenn Sie der Definition exakt folgen wollen? 3. Hände eignen sich hervorragend zum Darstellen von Symmetrieoperationen. Stellen Sie zusammen mit Kommilitonen die verschiedenen Symmetrieoperationen dar. a) Was fällt bezüglich der Zahl der benötigten Personen auf wenn Sie eine n Drehachse mit der n Inversionsdrehachse vergleichen? b) Wie sehen 4 2, 6 2 und 6 3 Schraubenachsen aus? c) Was ist der Unterschied zwischen einer 3 1 und einer 3 2 Schraubenachse? 4. Zeichnen Sie einen Oktaeder aus verschiedenen Blickrichtungen. 5. Basteln Sie aus Papier einen Kuboktaeder und einen Antikuboktaeder. 6. Berechnen Sie das Verhältnis a /c der Elementarzelle einer hexagonal dichten Packung. 7. Besorgen Sie sich die cif-dateien der in Vorlesung/Seminar besprochenen Strukturen ( adb297b). a) Identifizieren Sie die vorhandenen Symetrieelemente. b) Bauen Sie von einer oder mehreren Strukturen ein Modell (Molekülbaukasten, Magnetspielzeug, Käsewürfel und Zahnstocher 1, Kastanien... ). 8. Suchen Sie nötigen Ionisierungsenergien etc. und berechnen Sie nach dem Born-Haber-Kreisprozess die Gitterenergie eines Salzes Ihrer Wahl. 9. Besorgen Sie sich Phasendiagramme von binären Verbindungen ( Suchen Sie sich ein beliebiges Mischungsverhältnis und kühlen Sie es gedanklich von ganz heiß nach ganz kalt ab und vollziehen Sie nach wie sich die Verbindung dabei verhält. 10. Denken Sie sich eine weitere Übungsaufgabe aus, die zum tieferen Verständnis eines Aspektes der Vorlesung führt, stellen sie Sie einem Kommilitonen und senden Sie mir eine Kopie als potentielle Klausuraufgabe (christoph.woelper@uni-due.de). 1 ein m großes Zinkblende-Modell aus Käsewürfeln und Weintrauben könnte das Highlight des nächsten kalten Buffets sein. Veganer benutzen bitte Tofu-Stückchen und Oliven. Bitte unbedingt ein Photo an mich schicken. 3

4 11. Finden Sie ein Buch, einen Artikel oder eine Internetseite, die einen Aspekt der Vorlesung detaillierter erklärt, als dies im Rahmen der Vorlesung geschieht. 12. Denken Sie sich eine metallorganischen Komplex aus und diskutieren Sie seine Stabiliät. a) Ist der Komplex, den Sie sich ausgedacht haben bekannt? b) Wenn zu erwarten ist, dass Ihr Komplex instabil (siehe oben) ist, wie müsste man ihn umbauen um seine Stabilität zu erhöhen? c) Wenn Ihr Komplex stabil sein sollte und evtl. sogar literaturbekannt, wie könnte man ihn destabilisieren? d) Was sind denkbare Zerfallsprodukte? 13. Bestimmen Sie die Punktgruppe eines beliebigen Moleküls. 14. Machen Sie einen Ausflug zum Tetraeder nach Bottrop. a) Aus wievielen Tetraedern und Oktaedern besteht die Konstruktion? b) Bestimmen Sie die Punktgruppe der Konstruktion unter Vernachlässigung der Betonsockel und Aussichtsplattformen. c) Wie ändert sich die Symmetrie, wenn man eines oder beides berücksichtigt? d) Wo muss man weitere Streben einsetzen, wenn man einen Sierpinski- Tetraeder erhalten will? Literatur E. Riedel, C. Janiak, Anorganische Chemie, 8. Auflage, 2011, De Gruyter, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UUA1812(7) (Ältere Auflage) J. Huheey, E. Keiter, R. Keiter, Anorganische Chemie, 4. Auflage, 2012, De Gruyter, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UUA1845(3) (Ältere Auflage) Z. Dauter, M. Jaskolski, J. Appl. Cryst., 2010, 43, S International Tables for Crystallography, Volume A: Space-group symmetry, 5. Auflage, 2005, Wiley, ISBN , Signatur der Bibliothek: E30 UNO1555 4

5 W. Massa, Kristallstrukturbestimmung, 6. Auflage, 2009, Teubner Verlag, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UIR2687(6). Primär sind Kapitel 1 und 6 für den Rahmen der Vorlesung interessant. Weiterführende Literatur zur Röntgenstrukturanalyse von Einkristallen. Server des Arbeitskreises von Prof. C. Röhr. Umfangreiches, anschauliches Material und Online-Vorlesungen zu anorganischer und Strukturchemie. E. Riedel, Moderne anorganische Chemie, 3. Auflage, 2007, De Gruyter, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UNP3976(3). C. Elschenbroich, Organometallchemie, 6. Auflage, 2008, Teubner Verlag, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UVF1609(6), aus dem Uni-Netz auch als.pdf-datei kostenlos herunterzuladen. R. H. Crabtree, The Organometallic Chemistry of the Transistion Metals, 5. Auflage, 2009, Wiley, ISBN , Signatur der Bibliothek: E33 UVF1722(5). Kristallographische Datenbanken Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) In der ISCD sind anorganische Verbindungen (keine C H-Bindung) gespeichert. Sie kann von jeden Rechner innerhalb des Universitätsnetzes genutzt werden. Dafür ist die Verwendung eines Proxy-Servers nötig. Wie dieser eingerichtet wird ist unter: beschrieben. Der Zugriff auf die Datenbank kann dann à 1 4 ber: erfolgen. Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC) Das CCDC verwaltet und betreibt die Cambridge Structural Database. In ihr sind organische und metallorganische Verbindungen (mindestens eine C H-Bindung) gespeichert. Diese ist innerhalb des Universitätsnetzes unter: zu erreichen. 5