Ionengitter

jedes Atom hat sechs direkte Nachbarn

Unter einem Ionengitter oder Ionenkristall versteht man in der Chemie und der Festkörperphysik die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen in einem homogenen Stoff im festen Zustand. Der Zusammenhalt des Gitterverbandes erfolgt durch Ionenbindungen.

Ionenkristalle sind die bekanntesten Beispiele für Kristalle mit kubischer Gitterstruktur:

Struktur

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

StoffnameVerhältnisformelKationAnionKoordination[1]Kristallsystemweitere Beispiele
Sphalerit (Zinkblende) ZinksulfidZnSZn2+S2−4:4Jedes Zinkkation ist tetraedrisch von 4 Sulfidanionen umgeben, jedes Sulfidanion ebenfalls tetraedrisch von 4 Zinkkationen.kubischCuCl, CuBr, CuI, BeS, HgS
WurtzitZnSZn2+S2−4:4 hexagonalNH4F, BeO, ZnO, AgI, CdS
RutilTiO2Ti4+O2−3:6Jedes Titankation ist verzerrt oktaedrisch von 6 Oxidionen umgeben, jedes Oxidion planar von 3 Titankationen. Hier liegt der Bindungscharakter zwischen einer Ionen- und einer AtombindungtetragonalSnO2, MgF2, PbO2, MnO2
NatriumchloridNaClNa+Cl6:6Jedes Natriumkation ist oktaedrisch von 6 Chloridanionen umgeben, jedes Chloridanion ebenfalls oktaedrisch von 6 Natriumkationen.kubischNaF, KF, AgF, KCl, AgCl, NH4Cl (über 184,3 °C), NaBr, KBr, AgBr, NaI, KI, NaH, KH, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, CoO, NiO, MgS, CaS, MnS, PbS
Calciumfluorid (Fluorit)CaF2Ca2+F4:8Jedes Calciumkation ist von 8 Fluoridionen würfelförmig umgeben, jedes Fluoridion tetraedrisch von 4 Calciumkationen.kubischPbF2, BaF2, SrCl2, CdF2; Antifluoritstruktur: Li2O, Na2O, K2O
CaesiumchloridCsClCs+Cl8:8 kubischNH4Cl (bei Raumtemp.), TiCl, CsBr, NH4Br, TlBr, CsI, NH4I,TlI
KaliumnitratKNO3K+NO3  orthorhombisch 
Calcit (Kalkspat)CaCO3Ca2+CO32−  trigonal 
NatriumchloratNaClO3Na+ClO3  monoklin 
KupfersulfatCuSO4Cu2+SO42−  triklin 

Sonderformen

  • Bei Antistrukturen, z. B. der Antifluoritstruktur, sind die Positionen 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
  • ABCABC… wie CdCl2, FeCl2 und MgCl2.

Siehe auch

Einzelnachweise

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

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Sodium chloride crystal.png

The Sodium Chloride Crystal Structure. Each atom has six nearest neighbors, with octahedral geometry. This arrangement is known as cubic close packed (ccp) or face-centered cubic (fcc).

Light blue = Na+

Dark green = Cl-