•atome • ionen • moleküle • chemische bindungen · bei weiter sinkendem radienverhältnis...
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Metalle, Metalloide, NichtmetalleMetalle: E-neg < 1.9 - e- Abgabe → KationenNichtmetalle: E-neg > 2.1 - e- Aufnahme → AnionenMetalloide: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po→ Kationen / Anionen
Kovalente Bindungen
• Elektronegativitätsdifferenz sehr klein oder null (z.B. Elementmoleküle: H2, O2. N2, F2; organische Verbindungen; Graphit, Diamant, elementarer Schwefel Realgar-As2O3)
• Zum Erreichen der Edelgaskonfiguration teilen die beteiligten Atome ihre ungepaarten Elektronen in einem „gemeinsamen Pool“-überlappende Orbitale - was zu einer starken anziehenden Wechselwirkung (kovalenteBindung) führt.
Kovalente Bindung - DiamantHybrid Orbitale
Kohlenstoff: ↑↓ | ↑↓ | ↑ ↑ → ↑↓ | ↑ ↑ ↑ ↑1s 2s 2p 1s 2(sp3)
C-C-C angle = 109o 28’
Fig 8-8 of Bloss, Crystallography and Crystal Chemistry. © MSA
Dichteste PackungDritte Lage
A-B-A-B hexagonaldichteste Packung(HCP)
Koordinationszahlr(nächsteNachbarn) = 12
6 koplanar3 oberhalb3 unterhalb
verändert nach J.D. Winter
Dritte Lage:Wenn auf C-Platz →
Abfolge A-B-C-A-B-C → kubischdichteste Packung(CCP)
Atome der blauenLage in neuerPosition – Lückenin Lage A und B
Dichteste Packung
verändert nach J.D. Winter
Closest Packing
Schräge Sicht von oben zeigt die FlächenzentriertekubischeEinheitszelle.
Die Ebene mit den dichtestgepacktenSchichten ist(111).
AA--LageLage
BB--LageLage
CC--LageLage
AA--LageLage
verändert nach J.D. Winter
KubischinnenzentriertesGitter (BCC = body centered cubic lattice) das Kation(rot) im Zentrum des Würfels umgebenvon Anionen (gelb) an den Ecken
Koordinatiosnzahl 8 (Ecken des Würfels)
Der nächst kleinere Gitterplatz ist
verändert nach J.D. Winter
Bei weiter sinkendemRadienverhältniswürde das zentraleKation zu “wackeln”beginnen → die Struktur stellt auf die nächst tietereKoordination um
Ein zentrales Anion bleibt mit abnehmendemRadienverhältnis RK/RA in VIII Koordination bis die limitierende Situation, dass sich alle Atome berühren, erreicht ist
verändert nach J.D. Winter
Was ist das limiterendeRadienverhältnisRK/RA??
1.732 = RK + RA
wenn RA = 1dann RK = 0.732
RK/RA
= 0.732/1 = 0.732 = 2
= 1 + 2 = 1.732
= 1(arbitrary)
Central PlaneCentral Plane
verändert nach J.D. Winter
Die limitierenden Radienverhältnisse fürKoordination VIII sind 1.0 (kubische oderhexagonale dichteste Kugelpackung) und 0.732
= 2
= 1 + 2 = 1.732
= 1(arbitrary)
verändert nach J.D. Winter
Wenn RK/RA unter 0.732 sinkt, dann ergibt sich fürdas zentrale Kation die nächst niedrigerKoordination VI das Kation sitzt im Zentrumeines Oktaeders aus dichtest gepacktenAnionen
verändert nach J.D. Winter
= 1= 2
Was ist das limitierendeRadienverhältnisRK/RA ??
1.414 = dK + dA
wenn dA = 1dann dK = 0.414
dK/dA = RK/RA
= 0.414/1 = 0.414
verändert nach J.D. Winter
Wenn RK/RA unter 0.414 sinkt, dann ergibt sich fürdas Kation Koordination IV. Das Kation sitzt imZentrum eines Tetraeders aus dichtestgepackten Anionen.
verändert nach J.D. Winter
0.61
1
0.5
Limitierendes RK/RA ??
Abstand Zentrum-Ecke in Tetraeder mit Kantenlänge1.0 = 0.6124
RK = 0.612 - 0.5 = 0.1124
RK/RA
= 0.1124/0.5 = 0.225
verändert nach J.D. Winter
1y0.5
Wenn RK/RA unter 0.225 sinkt, dann ergibt sich fürdas Kation Koordination III. Das Kation sitzt imZentrum eines Dreieckes aus dichtest gepacktenAnionen.
Was ist das limiterendeVerhältnis von RK/RA ??
cos 60 = 0.5/y y = 0.577
RC = 0.577 - 0.5 = 0.077
RC/RA
= 0.077/0.5 = 0.155
verändert nach J.D. Winter
Wenn RK/RA unter 0.15 fällt, dann ergibt sich fürdas Kation Koordination II Das Kation sitzt direktzwischen zwei benachbarten Anionen
verändert nach J.D. Winter
Zusammensetzung der Erdkruste
Gew. % Atom % Ionenradius Vol. %O 46.60 62.55 1.40 93.8Si 27.72 21.22 0.42 0.9Al 8.13 6.47 0.51 0.5Fe 5.00 1.92 0.74 0.4Ca 3.63 1.94 0.99 1.0Na 2.83 2.64 0.97 1.3K 2.59 1.42 1.33 1.8Mg 2.09 1.84 0.66 0.3
Total 98.59 100.00 100.00SauerstoffSauerstoff: 94 vol. % : 94 vol. % derder KrusteKruste –– KrusteKruste (und (und ihreihre
BestandeileBestandeile die die MineraleMinerale) ) sindsind eineeine dichtedichteSauerstoffpackungSauerstoffpackung mitmit KationenKationen in den in den LLüückencken
Ionenradien
• Atome/Ionen sind keine starren Kugeln, d.h. die Ionenradien sind unter anderem auch von der Koordinationszahl und der Ladung abhängig.
Kation/Anion KZ reff (Å) Kation/Anion KZ reff (Å)
Al3+ IV 0.39 Fe2+ IV 0.63
VI 0.39 VI 0.75
Ba2+ X 1.52 Fe3+ IV 0.49
XII 1.61 VI 0.55
Be2+ IV 0.27 K1+ VII 1.46
C4+ IV 0.15 X 1.59
Ca2+ VI 1.00 XII 1.64
VII 1.06 Mg2+ IV 0.57
VIII 1.12 VI 0.72
Cu1+ II 0.46 Na1+ VII 1.12
IV 0.60 XII 1.39
VI 0.77 O2- III 1.36
Cu2+ IV 0.57 P5+ IV 0.17
VI 0.73 S2- VI 1.84
F1- II 1.285 Si4+ IV 0.26
III 1.30 VI 0.40
HausaufgabeVerwenden Sie RK/RO2- und die Information zu
den limitierenden Radienverhältnissen um die wahrscheinliche Koordination der folgendenIonen in Silikaten und Oxiden abzuleiten :
Si+4 Mg2+
Al3+ Ti4+
K+ Ca2+
Fe2+.Fe3+ Na+
Darstellung der StrukturDiamant
Alle C-Atome in Koordination IV
““ballball--andand--stickstick”” ModellModell PolyederPolyeder ModellModell
KugelKugel ModellModell
FlFläächenzentrierte Einheitszellechenzentrierte Einheitszelle