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

Na+ Cl-

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:

)(

)(

AnionRadius

KationRadiusientRadienquot

Radienverhältnisse

Beispiel CsCl-Typ:Verhältnis von 1 bis 0,73: Würfelstruktur möglichVerhältnis kleiner 0,73: Kation zu klein, keine Berührungmehr 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