Polymorphe und Allotrope Isakin Olga 17.01.2012

Gliederung Allotrope: ● Kohlenstoff ● Phosphor Polymorphe: ● Ritonavir ● Calciumcarbonat ● Schokolade

Polymorphie und Allotropie Polymorphie (Allotropie) ist nach einer Definition von E. A. Mitscherlich in der Chemie die Eigenschaft, dass eine Substanz in verschiedenen Erscheinungsformen (Festkörpermodifikationen) vorkommen kann.

Enantiotrope und monotrope Phasenumwandlung [1] z.B. weißer Phosphor z.B. Diamant ↔ Graphit

Kohlenstoff [3] [2] [4] Nanotubes Graphit [2] [2] Diamant Fullerene

Graphit und Diamant [5] [5] [5] Übereinandergelagerte, planare Kohlenstoffschichten → ABA-Stapelform Abstand zwischen den Bindungsebenen 335 pm Schwache Van-der-Waals WW zwischen den Schichten sp²-hybridisiert Diamant-Struktur sp³-hybridisiert kubische Diamanten Struktur → ABC und eine hexagonale Struktur→ AB (Lonsdaleit) Abstand zwischen den Bindungsebenen 205 pm Bindungspartner 154 pm

Fullerene und Nanotubes [8] Fullerene und Nanotubes [10] [6] [10] [9] [7] C-Atome sind in Sechsecken angeordnet → aufgerollte einatomige Schicht von Graphit C-C-Abstand 147 pm MWNTs und SWNTs (multi walled nanotubes und single walled nanotubes) Geschlossene Käfig Form aus regelmäßigen Fünf- und Sechsecken C-C-Abstand 141 pm Hohe Stabilität durch Aromatizität (delokalisierte Elektronen) + niedrige Reaktivität

Phosphor [11] [11] [5] [12] [12]

Weißer und schwarzer Phosphor Weißer Phosphor: Tetraedrische P Moleküle weicher wachsartiger Stoff sehr giftig flüchtigste und reaktivste Modifikation (selbstentzündend an Luft) Bindungswinkel 60° Schwarzer Phosphor: thermodynamisch stabilste Form übereinander liegende Doppelschichten 4 [5] [11]

Violetter und roter Phosphor Violetter Phosphor: Phosphoratome ordnen sich in fünfeckigen Röhren an, diese bilden gitterartige Vernetzungen (Röhrenstruktur) Faserige Form des roten P: reaktionsträger als weißer P mit Kristallstruktur des Hittorfschen P eng verwandt → Röhren mit pentagonalem Querschnitt → reguläre Abfolge von drei unterschiedlichen Baueinheiten parallele Anordnung der Phosphorröhren [13] [13] [14]

Ritonavir [15] [16] Handelsname Norvir ® (Form I) ein hochwirksames antivirales Medikament für die AIDS-Therapie 1992: Entwicklung des Medikaments → Form I 1996: weltweite Zulassung auf dem Markt 1998: Medikament wurde vom Markt genommen → Form II geringere Löslichkeit 1999: Neuzulassung der veränderten Kapseln → nur aus Form II

Calciumcarbonat Calciumcarbonat: häufigstes Mineral in der Natur [17] Calciumcarbonat: häufigstes Mineral in der Natur Modifikationen: Calcit, Aragonit und Vaterit

Calcit trigonales Kristallsystem a = b = 498 pm c = 1712 pm [17] trigonales Kristallsystem a = b = 498 pm c = 1712 pm α = β = γ 90° dieser Typ lässt sich vom NaCl-Typ ableiten C trigonal planar von drei O umgeben Calciumionen oktaedrisch von sechs Carbonationen umgeben stabilste Form

Aragonit Kristallisation im orthorhombischen System a = 496 pm, b = 797 pm, c = 574 pm α = β = γ 90° dieser Typ lässt sich vom NiAs-Typ ableiten Calciumionen sind trigonal-prismatisch von sechs Carbonatgruppen umgeben Carbonatgruppen sind oktaedrisch von sechs Calciumionen umgeben [18] [19] [19]

Polymorphismus, der schmeckt [21] [20] [22] [15] - Der Hauptbestandteil einer Schokoladentafel ist die Kakaobutter, die in sechs verschiedenen Kristallformen auskristallisieren kann. - Nur die Kristallform V zeigt die von uns so geschätzten Eigenschaften wie den dunkelbraunen Glanz, die richtige Härte beim Abbrechen eines Stücks und das angenehme Schmelzen auf der Zunge. -Die stabilste Kristallform VI, Endstadium aller Schokoladentafeln, hat eine Oberfläche mit einem an Eisblumen erinnerndes Muster, zeigt beim Abbrechen keinen „Knack“, sondern erinnert beim Reinbeißen an eine Wachskerze. Und schließlich liegt der Schmelzpunkt mit über 36 °C so hoch, dass sie nicht im Mund schmilzt. - Glücklicherweise ist die Umwandlungsgeschwindigkeit V →VI bei Zimmertemperatur langsam, nicht jedoch im heißen Kofferraum eines Autos im Sommer.

Literaturverzeichnis [1] Skript zur Vorlesung Festkörperchemie I, S. 33/34 [2] http://www.kienzlers-world.de/Unterricht/downloads/Chemie_8/Modifikationen.pdf, Besuchsdatum 23.12.2011 [3] http://www.timmeyer.de/PDF/Forschung_Beton.pdf, Besuchsdatum 23.12.2011 [4] http://us.123rf.com/400wm/400/400/fambros/fambros0902/fambros 090200015/4296425-carbon-form-periodensystem-der-elemente.jpg, Besuchsdatum 23.12.2011 [5] Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7.Auflage, 2007 [6] http://www.cumschmidt.de/sm_fullerene.htm, Besuchsdatum 27.12.2011 [7] http://eosl.gtri.gatech.edu/Portals/8/c60.gif, Besuchsdatum 27.12.2011 [8] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Kohlenstoffnanoroehre_Animation.gif&filetimestamp=20051001213841, Besuchsdatum 27.12.2011 [9] Die Modifikationen des Kohlenstoffs, Abschlusspräsentation zu „EDV für Chemiker“ von Sabine Simon, Uwe Schaller, Michael Schütz im SS 2004, Besuchsdatum 23.12.2011 [10] http://www.uni-ulm.de/fileadmin/website_uni_ulm/nawi.inst.260/%C3%9Cbungen/vortrag_naotubes.pdf, Besuchsdatum 23.12.2011 [11] http://de.wikipedia.org/wiki/Phosphor, Besuchsdatum 23.12.2011 [12] http://www.seilnacht.com/Lexikon/15Phosp.htm, Besuchsdatum 28.12.2011 [13] A.Pfitzner, Angew.Chem., 2006, 714-715 [14] Thun und Krebs, Über Struktur und Eigenschaften der Halbmetalle. XXll. Die Kristallstruktur des Hittorfschen Phosphors, 1969 [15] Klaus Roth, Chem. Unserer zeit, 2006, 398-406 [16] http://2.bp.blogspot.com/_-wrPH-GokOc/TMDWJbZ2j3I/AAAAAAAAGNU/Ck-AkHleM_g/s1600/norvir_1%5B1%5D.jpe, Besuchsdatum 28.12.2011 [17] Michael Reuß: Beeinflussung der feinstkristallinen Ausscheidung von Calciumcarbonat (CaCO3) durch Verfahrensparameter und die Dotierung mit ausgewählten Chloriden der Seltenen Erden, Dissertation, Lübeck 2003, S.6, verändert [18] http://ruby.chemie.uni-freiburg.de/Vorlesung/Gif_bilder/Strukturtypen/ab_nickelarsenid.gif, Besuchsdatum 04.01.2012, verändert [19] http://de.wikipedia.org/wiki/Nickelarsenid, Besuchsdatum 04.01.2012 [20] http://www.maggi.de/NR/rdonlyres/F463F874-E671-41B3-AA49-D7C2520D880D/0/schokolade_1.jpg, Besuchsdatum 04.01.2012 [21] http://www.planet-wissen.de/alltag_gesundheit/essen/schokolade/img/intro_schokolade_tafeln_g.jpg, Besuchsdatum 04.01.2012 [22] http://www.cafe-passon.de/uploads/pics/schokolade.jpg, Besuchsdatum 04.01.2012 Weiter Quellen: Ulrich Müller, Anorganische Strukturchemie, 6. Auflage, Teubner, 2008 http://www.future-carbon.de/de/Nanomaterialien, Besuchsdatum 28.12.2011