Anorganische Kristallchemie

Präsentation zum Thema: "Anorganische Kristallchemie"—  Präsentation transkript:

1 Anorganische Kristallchemie
Zeitplan 1.-4. Woche Ionenkristalle Perowskit kovalente anorganische Verbindungen Zeolithe DLS (Geometrie optimierung) intermetallische Verbindungen 5.-6. Woche Pulverdiffraktometrie 7. Woche Quasikristalle W. Steurer Woche organische Kristallchemie und B. Schweizer Strukturdatenbanken

2 Intermetallische Verbindungen
Eigenschaften metallische Bindungen nicht gerichtet möglichst hohe Koordination Raumerfüllung  dichteste Packung

3 Intermetallische Verbindungen
Referenzbücher Pearson's handbook of Crystallographic Data for Intermetallic Phases P. Villars & L.D. Calvert > 50,000 Phasen mit Strukturtyp, Herstellung und Referenz Atlas of Crystal Sructure Types for Intermetallic Phases (4 Bände) J.L.C. Daams, P. Villars & J.H.N. van Vucht Kristallstrukturdaten, Koordinationspolyeder Datenbanken CRYSTMET (Stand Dezember 2010: 139’058 Phasen) Structure and Powder Database for Metals and Intermetallic Compounds Pearson’s Crystal Data (Stand 2012: 213’900 Datensätze für 126’000 Phasen) Pauling File Inorganic Materials Database and Design System

4 Intermetallische Verbindungen
Reine Metalle hexagonal dichteste Packung Mg, Zn, Ru, Co kubisch dichteste Packung Cu, Pd, Au kubisch innenzentriert W, Mo, Cr, Na Mg Cu W KZ=12 KZ=12 KZ=8+6 KZ=8

5 Intermetallische Verbindungen
Legierungen feste Lösungen oder Mischkristalle einige Atome im reinen Metall werden durch andere Metallatome ersetzt CuxAu1-x Cu3Au CuAu Atome statistisch verteilt kubisch F Atome geordnet kubisch P Atome geordnet tetragonal P

6 Polyeder Polyeder Radien- Beispiel Koordinations- verhältnis zahl
Ikosaeder 0.90 Kristalloide 12 Kuboktaeder 1.00 kdP 12 Disheptaeder 1.00 hdP 12 abgestumpftes 1.22 Laves Phasen 12 Tetraeder (Friauf-Polyeder)

7 Phasen-Typen Hume-Rothery-Phasen Zintl-Phasen Laves-Phasen
Ikosaederstrukturen

8 Hume-Rothery-Phasen ursprünglich im Messing-System (Cu,Zn) studiert
basiert auf dem VEK (Valenzelektronen-Konzentration) Regel Anzahl Valenzelektronen / Anzahl Atome  Strukturtyp Beispiele VEK = 1.5  β-Messing Stukturtyp VEK = 1.61  γ-Messing Stukturtyp VEK = 1.75  ε-Messing Stukturtyp

9 Hume-Rothery-Phasen VEK = 1.5 β-Messing Stukturtyp (CsCl-Typ)
CuZn CuBe CuPd AuMg AuZn NiAl FeAl Cu5Sn VE VEK 3/2 3/2 3/2 3/2 3/2 3/2 3/2 9/6 (CsCl-Typ)

10 Hume-Rothery-Phasen VEK = 1.61 γ-Messing Stukturtyp
Cu5Zn8 Ag5Cd8 Ni5Zn21 Cu31Sn8 VE VEK 21/13 21/13 42/26 63/39 3x3 β-Messing-struktur 52 Atome pro Elementarzelle

11 Hume-Rothery-Phasen VEK = 1.75 ε-Messing Stukturtyp CuZn3 Ag5Al3 Cu3Sn
hexagonal dichteste Packung mit geordneter Verteilung der Cu und Zn Atome

12 Hume-Rothery-Phasen VEK = 1.50 21/14  β-Messing Stukturtyp (CsCl)
(3x3 CsCl - 2 Atome) VEK = /12  ε-Messing Stukturtyp hdP mit Ordnung

13 Zintl-Phasen stark heteropolarer Bindungscharakter
metallischer Charakter weniger stark ausgebildet (etwas ionisch) IA oder IIA + IIB, IIIA, IVA oder VA Elemente

14 Periodensystem der Elemente
1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na 12Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 55 Cs 56 Ba 71 Lu 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 87 Fr 88 Ra 103Lr 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Uun 111Uuu 112Uub 113Uut 114Uuq 115Uup 116Uuh 117Uus 118Uuo 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 89 Ac 90 Th 91 Pa 92U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101Md 102No

15 Periodensystem der Elemente
1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na 12Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 55 Cs 56 Ba 71 Lu 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 87 Fr 88 Ra 103Lr 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Uun 111Uuu 112Uub 113Uut 114Uuq 115Uup 116Uuh 117Uus 118Uuo 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 89 Ac 90 Th 91 Pa 92U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101Md 102No

16 Periodensystem der Elemente
1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na 12Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 55 Cs 56 Ba 71 Lu 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 87 Fr 88 Ra 103Lr 104Rf 105Db 106Sg 107Bh 108Hs 109Mt 110Uun 111Uuu 112Uub 113Uut 114Uuq 115Uup 116Uuh 117Uus 118Uuo 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 89 Ac 90 Th 91 Pa 92U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100Fm 101Md 102No

17 Zintl-Phasen β-Messing Stukturtyp (VEK ≠ 1.5) AgLi LiTl MgTl CaTl SrTl

18 Zintl-Phasen Cu3Au-Stukturtyp Li3Hg CaTl3 CaSn3 NaPb3

19 Zintl-Phasen NaTl-Stukturtyp SiZn LiCd LiAl LiGa LiIn NaIn NaTl

20 Laves-Phasen 1:2 intermetallische Verbindungen MgCu2 Typ (Cu < Mg)
mit unterschiedlich grossen Atomen MgCu2 Typ (Cu < Mg) Cu Atome bilden ein Kagomé-Netz Mg Atome bilden ein Diamantstruktur

21 Laves-Phasen Kagomé Netz

22 Laves-Phasen MgCu2 Cu Koordination 6 Cu - Oktaeder
6 Mg - Cyclohexan-Typ Ring Mg Koordination 12 Cu - abgestumpftes Tetraeder

23 Laves-Phasen MgZn2 Typ MgNi2 Typ
Mg Atome bilden ein Wurzit (Lonsdaleite)-Typ (AB Packung) Struktur Mg Koordination: abgestumpftes Tetraeder MgNi2 Typ hexagonal ABAC Packung

24 Friauf-Polyeder ZrZn22 NaCd2 β-Mg2Al3

25 NaCd2 β-Mg2Al3 zwei 234-Atom Komplexe
sechs F5 Polyeder oktaedrisch angeordnet (234 Atome) fünf Friauf-Polyeder (F5) fünf 234-Atom Komplexe tetraedrisch angeordnet drei 234-Atom Komplexe

26 Ikosaederstrukturen (Kristalloide)
ikosaedrische Koordination Atom in der Mitte (KZ=12) etwas kleiner Sechs 5-zählige Achsen (jede Ecke) kristallographisch nicht erlaubt Zehn 3-zählige Achsen (jede Fläche) kubische Symmetrie

27 Ikosaederstrukturen (Kristalloide)
Ikosaeder können sehr gut kubisch innenzentriert packen MoAl12

28 Ikosaederstrukturen (Kristalloide)
Mg32(Al,Zn)49 1 Al 12 Zn 20 Mg 12 Zn,Al 60 Zn,Al 12 Mg 1 Al 12 Zn 1 Al 12 Zn 20 Mg 12 Zn,Al 1 Al 12 Zn 20 Mg 12 Zn,Al 60 Zn,Al 1 Al 12 Zn 20 Mg

29

30 Ionenkristalle Eigenschaften dichteste Packung von Kugeln
Pauling'sche Regeln Wie sieht die Struktur von Li2O aus?

31 anorganische Polymere
Eigenschaften Silikate Zeolithmodell Modell/Bild beschreiben

32 Kaolinit Al2[Si2O5](OH)4

33 Muskovit KAl2[AlSi3O10](OH)2

34 DLS Was ist es? Was wird als Daten gebraucht? Was wird verfeinert?
Was wird minimiert?

35 Intermetallische Verbindungen
Eigenschaften Was für Polyeder gibt es? Hume-Rothery Phasen Zintl Phasen Laves Phasen Ikosaederstrukturen Quasikristalle