Ionengitter

Unter einem Ionenkristall oder Ionengitter versteht man in der Chemie und der Festkörperphysik die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen eines homogenen Stoffes im festen Zustand. Der Zusammenhalt des Gitterverbandes erfolgt durch die Ionenbindung. Die bekanntesten Beispiele für Kristalle mit kubischer Gitterstruktur sind Ionenkristalle: Caesiumchlorid für die kubisch-raumzentrierte und Natriumchlorid-Gitter (Natriumchlorid) für die kubisch-flächenzentrierte Struktur.

Struktur

→ Hauptartikel: Kristallstruktur

Die Struktur der Ionengitter hängt zum einen vom Größenverhältnis der Ionen, zum anderen vom Ladungsverhältnis ab.

Stoffname	Verhältnisformel	Kation	Anion	Koordination[1]		Kristallsystem	weitere Beispiele
Sphalerit (Zinkblende) Zinksulfid	ZnS	Zn2+	S2−	4:4	Jedes Zinkkation ist tetraedrisch von 4 Sulfidanionen umgeben, jedes Sulfidanion ebenfalls tetraedrisch von 4 Zinkkationen.	kubisch	CuCl, CuBr, CuI, AgI, BeS, HgS
Wurtzit	ZnS	Zn2+	S2−	4:4		hexagonal	NH4F, BeO, ZnO, CdS
Rutil	TiO2	Ti4+	O2−	3:6	Jedes Titankation ist verzerrt oktaedrisch von 6 Oxidionen umgeben, jedes Oxidion planar von 3 Titankationen. Hier liegt der Bindungscharakter zwischen einer Ionen- und einer Atombindung	tetragonal	SnO2, MgF2, PbO2, MnO2
Natriumchlorid	NaCl	Na+	Cl−	6:6	Jedes Natriumkation ist oktaedrisch von 6 Chloridanionen umgeben, jedes Chloridanion ebenfalls oktaedrisch von 6 Natriumkationen.	kubisch	NaF, KF, AgF, KCl, AgCl, NH4Cl (über 184,3 °C), NaBr, KBr, AgBr, NaI, KI, MaH,KH, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, CoO, NiO, MgS, CaS, MnS, PbS
Calciumfluorid (Fluorit)	CaF2	Ca2+	F−	4:8	Jedes Calciumkation ist von 8 Fluoridionen würfelförmig umgeben, jedes Fluoridion tetraedrisch von 4 Calciumkationen.	kubisch	PbF2, BaF2, SrCl2, CdF2; Antifluoritstruktur: Li2O, Na2O, K2O
Caesiumchlorid	CsCl	Cs+	Cl−	8:8		kubisch	NH4Cl (bei Raumtemp.), TiCl, CsBr, NH4Br, TlBr, CsI, NH4I,TlI
Kaliumnitrat	KNO3	K+	NO3−			orthorhombisch
Calcit (Kalkspat)	CaCO3	Ca2+	CO32−			trigonal
Natriumchlorat	NaClO3	Na+	ClO3−			monoklin
Kupfersulfat	CuSO4	Cu2+	SO42−			triklin

Sonderformen

• Bei den so genannten Antistrukturen, z. B. der Antifluoritstruktur sind die Position der Anionen und Kationen miteinander vertauscht.
• Ionengitter können auch stöchiometrische Mengen kleiner Moleküle in den Gitterlücken enthalten (zum Beispiel Kristallwasser).
• Schichtengitter:

Orthoborsäure H₃BO₃ ist ein planares Molekül. Im festen Zustand bilden diese Moleküle untereinander Wasserstoffbrücken aus, so dass ein zweidimensionales Blatt entsteht. Diese Blätter sind übereinander gestapelt. Der Zusammenhalt zwischen den Schichten erfolgt durch Van-der-Waals-Wechselwirkung.

• Sandwich-Gitter:

Bei Cadmiumiodid CdI₂ und Cadmiumchlorid CdCl₂ liegt eine Kationenschicht zwischen zwei Anionenschichten. Die Anziehungskräfte zwischen den Schichten sind relativ schwach. Diese Dreierlagen können auf zwei Arten übereinander gestapelt sein: ABAB… wie CdI₂, Mg(OH)₂ und PbI₂ oder ABCABC… wie CdCl₂, FeCl₂ und MgCl₂.

Siehe auch

Atomgitter, Molekülgitter, Metallgitter, Kristallgitter, amorpher Zustand, Gitterstruktur, Gitterkonstante, Gitterenthalpie

Einzelnachweise

1. ↑ Die Koordination gibt an, wie viel Anionen ein Kation umgeben und wie viel Kationen ein Anion umgeben.