Ionenbindungen Ionengitter und Kristallsysteme

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IonenbindungenIonengitter und Kristallsysteme
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Gliederung

• Entstehung von Ionenbindungen
• Wirkende Kräfte
• Kristallstrukturen
• - Koordinationszahl
• - Gittertypen
• - Radienverhältnisse
• Physikalische Eigenschaften

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Die Ionenbindungen

• Metall Nichtmetall

Ionenverbindung
Na Cl Na Cl -
Kation
Anion
Anziehungskräfte
-

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Wirkende Kräfte Coulombsche Kräfte

• Die elektrostatische Anziehungskraft ist
  ungerichtet in alle Raumrichtungen wirksam
  symmetrische Anordnung der Ionen

-

-
-
Bildung von Kristallstrukturen
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Beispiel einer Gitterstruktur
Cl-
Na
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Koordinationszahl (KZ)

• Anzahl der benachbarten Ionen, die gleich weit
  von einem bestimmten Ion entfernt sind.

Beispiel Koordinationszahl 6
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Anordnung der Ionen hängt von Koordinationszahl ab
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Gittertypen
AB-Strukturen Gleiche Anzahl der Ionen A und B ?
Koordinationszahl für Kationen und Anionen sind
gleich

• Wichtige AB-Gitter
• Natriumchlorid-Gitter
• Cäsiumchlorid-Gitter
• Zinksulfid-Gitter

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AB-Strukturen
Natriumchlorid-Gitter Koordinationszahl 6 ?
oktaedrische Koordination
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AB-Strukturen
Cäsiumchlorid-Struktur Koordinationszahl 8 ?
Würfelförmige Koordination
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AB-Strukturen
Zinksulfid-Typ Koordinationszahl 4 ?
Tetraedrische Koordination
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Gitterstrukturen
AB2-Strukturen Doppelte Anzahl Anionen (B) wie
Kationen (A) ? Doppelte Koordinationszahl für
Kationen

• Wichtige AB2-Strukturen
• Fluorit-Typ (CaF2)
• Rutil-Typ (TiO2)
• Cristobalit-Typ (SiO2)

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AB2-Strukturen
Fluorit-Typ (CaF2) KZ für Kationen 8, für
Anionen 4
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AB2-Strukturen
Rutil-Typ (TiO2) KZ für Kationen 6, für Anionen 3
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AB2-Strukturen
Cristobalit-Typ (SiO2) KZ für Kationen 4, für
Anionen 2
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Radienverhältnisse
Anordnung der Ionen hängt nicht von der
Absolutgröße ab,
sondern von den Verhältnissen der Radien der
Ionen
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Radienverhältnisse
Beispiel CsCl-Typ Verhältnis von 1 bis 0,73
Würfelstruktur möglich Verhältnis kleiner 0,73
Kation zu klein, keine Berührung mehr zwischen
Anionen und Kationen bei Würfelstruktur ? Gitter
wäre nicht stabil ? andere Koordination
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Radienquotienten und Koordinationszahl
Koordinations-zahl (KZ) Koordinations-polyeder Radienquotient rK/rA Gittertyp
4 Tetraeder 0,225 0,414 Zinksulfid, Cristobalit
6 Oktaeder 0,414 0,732 Natriumchlorid, Rutil
8 Würfel 0,732 - 1 Cäsiumchlorid, Fluorit
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Physikalische Eigenschaften

• Ionenverbindungen im Festkörper haben hohe
  Schmelzpunkte
• Ionenkristalle sind meist schlechte Ionenleiter
• Schmelzen von Ionenkristallen leiten den
  elektrischen Strom gut
• Ionenkristalle in polaren Lösemitteln leiten den
  elektrischen Strom