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 Cl- Na+

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:

Radienverhältnisse Beispiel CsCl-Typ: Verhältnis von 1 bis 0,73: Würfelstruktur möglich Verhältnis kleiner 0,73: Kation zu klein, keine Berührung mehr 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