Strukturen der Metalle Flashcards
b.c.c. (body centered cubic)
Typ, Raumausfüllung, Zeichnung (und Bsp..?)
Wolfram-Typ, kubisch-innenzentriert
68% Raumausfüllung (Kugeln berühren sich über Raumdiagonale)
CN=
Die Alkalimetalle,
Vanadium-Gruppe,
Chrom-Gruppe
Metalle in b.c.c.
Allalimetalle
V, Nb, Ta
Cr, Mo, W
Fe
h.c.p. (hexagonal close packed)
- hexagonal dichteste Kugelpackung -- Mg-Typ Schichtenfolge ABAB Raumausfüllung: 74% CN = 12 -> Antikuboktaeder
Bsp.:
Be & Mg,
Scandium-Gruppe, Titangruppe
f.c.c. (face centered cubic)
- kubisch dichteste Packung) -- Cu-Typ Schichtenfolge ABC Raumausfüllung 74% CN = 12 Kuboktaeder
Schichten sind diagonal in der Elementarzelle.
Bspw:
Ca, Sr & Al,
Ni-Gruppe, Cu-Gruppe
Ringsilicat
6 Ring und je Tetraeder
Bsp Be3Al2[Si6O18]
Kettensilicate
Tetraedrische Silikate
SiO3^(2-) bzw. SiO2;2/2^(2-)
Bspw. Spodumen LiAl[SiO3]2
MeLi
Tetradrisch C an Ecken, an andere Ecken Li
Wurtzit-Typ
auch Beta-ZnS
Bspw.: BeO, ZnO, CdS, CdSe
H.c.p.
- (Stapelfolge … ABAB) aus Schwefelatomen, deren Tetraederlücken 1/2 mit Zinkatomen besetzt sind. Da es in einer dichtesten Kugelpackung doppelt so viele Tetraederlücken wie Packungsteilchen (in diesem Fall Schwefel) gibt und nur jede zweite Lücke mit Zink besetzt ist, ergibt sich ein Schwefel-Zink-Verhältnis von 1:1 und damit die chemische Formel ZnS
ZnS- Typ, Zinkblende
Alpha-ZnS
F.c.c. Mit Kationen in Hälfte der TL.
Aufgrund der Ionenradienverhältnisse im Sphalerit (Zinkblende, Zinksulfid, ZnS) bilden die Sulfid-Anionen eine kubisch-dichteste Kugelpackung in Form einer kubisch flächenzentrierten Elementarzelle (KfZ, fcc), worin die kleineren Zink-Kationen sich regelmäßig in der Hälfte (4) der insgesamt 8 Tetraederlücken aufhalten.
Neben dem Namensgeber Zinkblende (ZnS) kristallisieren noch einige andere Materialien − vornehmlich Halbleiter − in dieser Kristallstruktur. Dazu zählen unter anderem die I-VII-, II-VI- und III-V-Verbindungshalbleiter. Wichtigster Vertreter ist wahrscheinlich das Galliumarsenid (GaAs)
wichtige AB2 Strukturen
Quarz Rutil (TiO2) SiS2 (BeCl2) CdCl2 CdI2 CaF2 (FCa4-Tetraeder, anti Li2O-Typ)
Quarz
Alpha-Quarz (SiO2) CN, M(Si) = 4 CN, X(O) = 2
chiral, in Natur verzwillingt
Wendeltreppe/Schrauben
Tetraeder über Ecken verknüpft
Bsp:
SiO2 und BeF2
(ähnlich wie Feldspat)
SiS2 Typ
Bsp BeCl2, BeBr2
Tetraeder, trans-Kantenverknüpft
CN, M = 4 –> Tetraederform v. M
Lewis-Säure-Base-Addukt
Rutil
TiO2
h.c.p. Schichten leicht gewellt; 1/2 der OL gefüllt
CN(O)= 3; CN(Ti)= 6
CaCl2 analog
CdCl2
Bspw: MgCl2, MnCl2, FeCl2, CoCl2, NiCl2
Br2 von Ni, Zn, Cd
Cs2O ist anto-CdCl2
Chloridionen bilden eine kubisch-dichteste (kubisch-flächenzentrierte) Kugelpackung, in der jede zweite Oktaederlückenschicht vollständig mit Cadmiumionen besetzt ist.
Cd also oktaedrisch von sechs Cl- umgeben. Jedes Chloridion bildet die Spitze einer trigonalen Pyramide mit drei Cadmiumionen als Grundfläche (CN=6:3).
CaF2 Typ
Ca2+ kubisch flächenzentrierte Kugelpackung, alle TL von F- besetzt
Umgekehrt bilden die Fluoridionen eine kubisch-einfache Packung, wobei jede übernächste kubisch Lücke von Calciumionen besetzt ist.
V.a bei Fluoriden/Oxiden wo Metall großen Radius hat
Entfernt man in der Weise jedes übernächste Fluoridion, daß jeweils vier der verbleibenden die Ecken eines Tetraeders besetzen, so erhält man die Zinkblende-Struktur
1.HG
Oxide
Li: –> Li2O und etwas Li2O2
Na: –> Na2O2 (Natriumperoxid)und etwas Na2O
K, Rb und Cs –> MO2, aber unter anderen Bedingungen auch M2O, M2O2 und MO2 und z. T. auch MO3 darstellbar
In ‘normalen’ Oxiden liegen die Ionen M+ und O2- nebeneinander vor, d.h. M(1+)2O. Strukturen meist als Antitypen der Ionenkristalle MIIX2: Fast alle kristallisieren in der anti-CaF2-Struktur, nur Cs2O bildet den anti-CdCl2-Typ. Die Herstellung dieser Oxide gelingt im Fall von Lithium (und eingeschränkt von Natrium und Kalium) durch Verbrennung der Elemente direkt an der Luft. Beim Lithium entsteht dabei zusätzlich das tiefdunkelrote Nitrid, Li3N.
- HG Oxide
Alle NaCl-Typ, außer BeO (Wurtzit)
- HG
Halogenide
BeF2 : Quarz (CN4)
BeCl2, BeBr2 : SiS2
MgF2. : Rutil (vgl TiO2)
MgCl2 : CdCl2 (CdCl6-Okt)
MgBr2, MgI2 : CdI2
CaF2 : eigene
CaCl2, CaBr2 : Rutil
CaI2 : CdI2
Elemente mit eigenen Typen…?
8 Stück
Mn
Hg (verzerrter f.c.c)
Ga (jedes Ga-Atom mit 7 anderen koordiniert. Hanteln, ähnlich Hg)
In (tetragonal verzerrter f.c.c / zw. f.c.c. und b.c.c.)
Ge (wie diamant, CN=4, 33% Raumsausfüllung)
Sn
Sb, Bi
HgO Struktur
linear, wie Hg bei Komplexen bevorzugt
ReO3
Bspw AlF3, Fe(CN)3
‘ReO6’ - Oktaeder,
Reniumatome an Ecke eines Würfels, (f.c.c ohne Mitte)
O je in der Mitte der Kanten (alle OL außer Mitte) Eckenverknüpft (180grad)
Davon abgeleitet VF3-Typ wo Oktaeder gewinkelt
Im Fe(CN)3 werden je zwei Fe-Atome durch ein CN-System verknüpft.
VF3
Bsp
(AlH3)x AlH6-Oktaeder über e3c-Bindung
Abgeleitet von ReO3-Typ
Oktadeder eckenverknüpft mit Winkel von 150grad
Perowskit
CaTiO3 (ABO3)
ReO3 Typ mit Ca zwischen Oktaedern
Oder:
O in Ecken des Würfels, Ti an allen Kanten und Ca dann in der Mitte
CrCl3-Typ
Bsp AlCl3, CrCl3, YCl3
F.c.c (kubisch flächenzentriert)
Jede übernächste OL Schicht wird zu 2/3 besetzt
Die Chromionen sind also oktaedrisch von sechs Chloridionen umgeben. Jedes Chloridion ist gewinkelt von zwei Chromionen umgeben (CN=6:2).
Wenn statt f.c.c h.c.p dann wäre BiCl3 Typ
Wenn statt 2/3 der OL alle, dann wäre CdCl2
Wenn alle OL und h.c.p dann wäre CdI2
Strukturen von PtO, PdO (und PtS, PdS)
planare Bänder aus kantenverknüpften PtS4-Quadraten parallel nebeneinander vor.
Die quadratisch linear angeordneten Felder sind über gemeinsame S-Atome senkrecht miteinander verknüpft.
Platin planar von 4 S umgeben, S verzerrt von 4 Pt Atomen umgeben.
CN= 4:4
[in verzerrten PtS struktur kristallisieren CuO, AgO]
Korund
Alpha-Al2O3
Hcp, leicht gewellt,
2/3 der OL mit Al besetzt
Rubin mit Cr
Saphir blau, mit Eisen oder hellrot, Titan
Al2O3
Alpha-Al2O3
Korund-Struktur, H.c.p.
Beta-Al2O3
Gamma-Al2O3
Defekt-Spinell
Spinellstruktur
AB2O4
bsp MgAl2O4(Spinell; häufiges Mineral der Mineralklasse Oxide/Hydroxide)
O- kubisch-dichtestes Kristallgitter
A(2+) 1/8 TL
B(3+) 1/2 OL
Inversspinell:
A - besetzt 1/4 der OL
B - besetzt 1/4 OL und 1/8 TL
Bspw Magnetit (Fe3O4; mit Fe2+\3+)
Defekt Spinell-Struktur
gamma-Al2O3
hier bleiben einige (1/3) der normalerweise besetzten TL (bzw OL) frei
Rinmanns Grün
ZnO + wenig Co2+ gibt Rinmanns Grün.
R.G. selbst kein Spinell.
Zn(1-x)Co(x)O
nur wenn mit viel Co2+ erhitzt:
Spinell ist ZnCo2O4
Das gewöhnliche Rinmans Grün hat die hexagonale Wurtzit-Struktur des Zinkoxids. Der kubische Zink-Cobalt-Spinell ZnCo2O4 ist grün-schwarz.
TiO2, Modifikationen und Stabilität
Rutil
Anatas
Brookit
Teilung von Kanten und besonders von Flächen zwischen Koordinationspolyedern reduziert die Stabilität einer Struktur. Dieser Effekt ist besonders ausgeprägt für Kationen hoher Valenz und geringer Koordinationszahl.
Bei den verschiedenen Modifikationen des TiO2 läßt sich die Auswirkung dieser Regel direkt erkennen: Die Rutil-Modifikation (Verknüpfung über zwei gemeinsame Kanten ist stabiler als Brookit (drei gemeinsame Kanten), dieser ist wiederum stabiler als Anatas (vier gemeinsame Kanten)
Thenards-Blau
Struktur
(Warum farbig?)
CoAl2O4
Spinell
Warum farbig?
MO-Oxide, die nicht in NaCl-Typ kristallisieren..?
BeO (Wurtzit),
CuO (stark verzerrtes Oktaeder)
ZnO (Besetzung von Tetraederlücken).
PdO & PtO (wegen der deutlich größeren Aufspaltung quadratisch planare Koordination)
Radienverhältnisregel
CN=4 (Tetraeder) CN=6 (Oktaeder) CN=8 (Würf)
Radienverhältnis (untere Grenze)
0.225 0.414 0.732
A2B anti-CaF2 - -
AB ZnS (Zinkblende, Wurtzit) NaCl CsCl
AB2 SiO2 Rutil, CdCl2, CdI2 CaF2
Cluster
Bei Metall-Metall-Bdgen
Ionische Inseln in metallischer Matrix
bspw Suboxide (nur Rb ; Cs)
Rb9O2
Cs11O3
Cs7O
Cs4O
Graphit-Intercalate
Alkalimetalle in Graphitschichten
LiNiO2 + C(Graphit)n –[laden/entladen]–> Ni(+4)O2 + LiC n
(Grundprinzip von Li-Akkus)
Ideal ist LiC6, da dann Schichten von Graphit mit Li was eingebaut ist
Tendenz Vorkommen in Lsg:
bei Übergangsmetallen in Ox-Stufe 2+\3+
Hexaquakomplex
Tendenz Vorkommen in Lsg:
Übergangsmetalle in Ox-Stufe 5+\6+
POMs
Poly-oxo-metallate = Isopolymetallate
Isopolysäure wenn H+ als Gegenion (sehr starke Säure)
Bezeichnung der Bindung bei Metall->Ligand
Dative Bindung
Ligang als Donor-Atom, Metall als Akzeptor je nach dem wie Elektronegativität.
auch als Lewis-Säure und Lewis-Base beschreibbar.
Cu2O Cuprit-Struktur
Linear an Cu (mit 2 O) und tetraederisch an O (mit 4 Cu)
2 mal Diamant Gitter ineinander
AlCl3
Struktur(en)
Form 1:
CrCl3
jede 2. Schicht OL zu 2/3 besetzt
Form 2:
Dimere Al2Cl6
BeCl2 2 Formen (org. anorg.)
- Lewis-Säure-Addukte
- in org Phase mit Pi-Bdg
Oxide von Al und Be
Hydride von Al und Be
Oxide, h.c.p BeO Wurtzit, Al2O3 Korund
Hydride mit 2e-3c Bindungen.
ZrO2
Struktur
abgewandelter CaF2
