Ionengitter

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Unter einem Ionenkristall oder Ionengitter versteht man in der Chemie und der Festkörperphysik die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen eines homogenen Stoffes im festen Zustand. Der Zusammenhalt des Gitterverbandes erfolgt durch die Ionenbindung. Die bekanntesten Beispiele für Kristalle mit kubischer Gitterstruktur sind Ionenkristalle: Caesiumchlorid für die kubisch-raumzentrierte und Natriumchlorid-Gitter (Natriumchlorid) für die kubisch-flächenzentrierte Struktur.

Struktur

Hauptartikel: Kristallstruktur

Die Struktur der Ionengitter hängt zum einen vom Größenverhältnis der Ionen, zum anderen vom Ladungsverhältnis ab.

Stoffname Verhältnisformel Kation Anion Koordination[1] Kristallsystem weitere Beispiele
Sphalerit (Zinkblende) Zinksulfid ZnS Zn2+ S2− 4:4 Jedes Zinkkation ist tetraedrisch von 4 Sulfidanionen umgeben, jedes Sulfidanion ebenfalls tetraedrisch von 4 Zinkkationen. kubisch CuCl, CuBr, CuI, AgI, BeS, HgS
Wurtzit ZnS Zn2+ S2− 4:4   hexagonal NH4F, BeO, ZnO, CdS
Rutil TiO2 Ti4+ O2− 3:6 Jedes Titankation ist verzerrt oktaedrisch von 6 Oxidionen umgeben, jedes Oxidion planar von 3 Titankationen. Hier liegt der Bindungscharakter zwischen einer Ionen- und einer Atombindung tetragonal SnO2, MgF2, PbO2, MnO2
Natriumchlorid NaCl Na+ Cl 6:6 Jedes Natriumkation ist oktaedrisch von 6 Chloridanionen umgeben, jedes Chloridanion ebenfalls oktaedrisch von 6 Natriumkationen. kubisch NaF, KF, AgF, KCl, AgCl, NH4Cl (über 184,3 °C), NaBr, KBr, AgBr, NaI, KI, MaH,KH, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, CoO, NiO, MgS, CaS, MnS, PbS
Calciumfluorid (Fluorit) CaF2 Ca2+ F 4:8 Jedes Calciumkation ist von 8 Fluoridionen würfelförmig umgeben, jedes Fluoridion tetraedrisch von 4 Calciumkationen. kubisch PbF2, BaF2, SrCl2, CdF2; Antifluoritstruktur: Li2O, Na2O, K2O
Caesiumchlorid CsCl Cs+ Cl 8:8   kubisch NH4Cl (bei Raumtemp.), TiCl, CsBr, NH4Br, TlBr, CsI, NH4I,TlI
Kaliumnitrat KNO3 K+ NO3     orthorhombisch  
Calcit (Kalkspat) CaCO3 Ca2+ CO32−     trigonal  
Natriumchlorat NaClO3 Na+ ClO3     monoklin  
Kupfersulfat CuSO4 Cu2+ SO42−     triklin  

Sonderformen

  • Bei den so genannten Antistrukturen, z. B. der Antifluoritstruktur sind die Position der Anionen und Kationen miteinander vertauscht.
  • Ionengitter können auch stöchiometrische Mengen kleiner Moleküle in den Gitterlücken enthalten (zum Beispiel Kristallwasser).
  • Schichtengitter:
Orthoborsäure H3BO3 ist ein planares Molekül. Im festen Zustand bilden diese Moleküle untereinander Wasserstoffbrücken aus, so dass ein zweidimensionales Blatt entsteht. Diese Blätter sind übereinander gestapelt. Der Zusammenhalt zwischen den Schichten erfolgt durch Van-der-Waals-Wechselwirkung.
  • Sandwich-Gitter:
Bei Cadmiumiodid CdI2 und Cadmiumchlorid CdCl2 liegt eine Kationenschicht zwischen zwei Anionenschichten. Die Anziehungskräfte zwischen den Schichten sind relativ schwach. Diese Dreierlagen können auf zwei Arten übereinander gestapelt sein: ABAB… wie CdI2, Mg(OH)2 und PbI2 oder ABCABC… wie CdCl2, FeCl2 und MgCl2.

Siehe auch

Atomgitter, Molekülgitter, Metallgitter, Kristallgitter, amorpher Zustand, Gitterstruktur, Gitterkonstante, Gitterenthalpie

Einzelnachweise

  1. Die Koordination gibt an, wie viel Anionen ein Kation umgeben und wie viel Kationen ein Anion umgeben.

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