- Ionenkristall
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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 primitive und Natriumchlorid-Gitter (Natriumchlorid) für die kubisch-flächenzentrierte Struktur.
Struktur
Die Struktur der Ionengitter hängt zum einen vom Größenverhältnis der Ionen, zum anderen vom Ladungsverhältnis ab.
Stoffname Verhältnisformel Kation Anion Koordination Kristallsystem weitere Beispiele Sphalerit (Zinkblende) ZnS Zn2+ S2− 4:4 Jedes Zink-Kation ist tetraedrisch von 4 Sulfid-Anionen umgeben, jedes Sulfid-Anion ebenfalls tetraedrisch von 4 Zink-Kationen. kubisch CuCl, CuBr, CuI, AgI, BeS, HgS Wurtzit ZnS Zn2+ S2− 4:4 hexagonal NH4F, BeO, ZnO, CdS Rutil TiO2 Ti4+ O2− 6:3 Jedes Titan-Kation ist verzerrt oktaedrisch von 6 Oxid-Ionen umgeben, jedes Oxid-Ion planar von 3 Titan-Kationen. Hier liegt der Bindungscharakter zwischen einer Ionen- und einer Atombindung tetragonal SnO2, MgF2, PbO2, MnO2 Natriumchlorid NaCl Na+ Cl− 6:6 Jedes Natrium-Kation ist oktaedrisch von 6 Chlorid-Anionen umgeben, jedes Chlorid-Anion ebenfalls oktaedrisch von 6 Natrium-Kationen. kubisch NaF, KF, AgF, KCl, AgCl, NH4Cl, NaBr, KBr, AgBr, NaI, KI, MaH,KH, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, CoO, NiO, MgS, CaS, MnS, PbS Calciumfluorid (Fluorit) CaF2 Ca2+ F− 8:4 Jedes Calcium-Kation ist von 8 Fluorid-Ionen würfelförmig umgeben, jedes Fluorid-Ion tetraedrisch von 4 Calcium-Kationen. kubisch PbF2, BaF2, SrCl2, CdF2; Antifluorit-Struktur: Li2O, Na2O, K2O Caesiumchlorid CsCl Cs+ Cl− 8:8 kubisch NH4Cl, 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 Die Koordination gibt an, wie viel Anionen ein Kation umgeben und wie viel Kationen ein Anion umgeben. Die Elementarzelle beschreibt die kleinste geometrische Einheit eines Gitters und legt das Kristallsystem fest. Die Elementarzelle reicht aus, um die gesamte Geometrie und Symmetrie der Kristallstruktur zu beschreiben.
Sonderformen
- Bei den so genannten Antistrukturen, z. B. der Antifluorit-Struktur 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
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