Post on 05-Apr-2015
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Ionenbindungen
Ionengitter und Kristallsysteme
Gliederung
• Entstehung von Ionenbindungen
• Wirkende Kräfte
• Kristallstrukturen
- Koordinationszahl
- Gittertypen
- Radienverhältnisse
• Physikalische Eigenschaften
Die Ionenbindungen
Metall + Nichtmetall Ionenverbindung
Na + Cl Na+ + Cl -
Kation Anion
Anziehungskräfte+ -
Wirkende Kräfte – Coulombsche Kräfte
Die elektrostatische Anziehungskraft ist ungerichtet in alle Raumrichtungen wirksam
symmetrische Anordnung der Ionen
+
-
-
-
Bildung von Kristallstrukturen
Beispiel einer Gitterstruktur
Na+ Cl-
Koordinationszahl (KZ)
• Anzahl der benachbarten Ionen, die gleich weit von einem bestimmten Ion entfernt sind.
Beispiel: Koordinationszahl = 6
Anordnung der Ionen hängt von Koordinationszahl ab
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
AB-Strukturen
Natriumchlorid-Gitter: Koordinationszahl = 6 oktaedrische Koordination
AB-Strukturen
Cäsiumchlorid-Struktur: Koordinationszahl = 8 Würfelförmige Koordination
AB-Strukturen
Zinksulfid-Typ: Koordinationszahl = 4 Tetraedrische Koordination
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)
AB2-Strukturen
Fluorit-Typ (CaF2): KZ für Kationen 8, für Anionen 4
AB2-Strukturen
Rutil-Typ (TiO2): KZ für Kationen 6, für Anionen 3
AB2-Strukturen
Cristobalit-Typ (SiO2): KZ für Kationen 4, für Anionen 2
Radienverhältnisse
Anordnung der Ionen hängt nicht von der Absolutgröße ab,
sondern von den Verhältnissen der Radien der Ionen:
)(
)(
AnionRadius
KationRadiusientRadienquot
Radienverhältnisse
Beispiel CsCl-Typ:Verhältnis von 1 bis 0,73: Würfelstruktur möglichVerhältnis kleiner 0,73: Kation zu klein, keine Berührungmehr zwischen Anionen und Kationen bei Würfelstruktur Gitter wäre nicht stabil andere Koordination
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
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