11.16
Ionische Festkörper sind typischerweise dicht in einem Kristallgitter verpackt. Die Ladungen und Größen der Ionen beeinflussen jedoch stark ihre Packungskonfiguration, was zu erheblichen Variationen in der Kristallstruktur und der Koordinationszahl führt.
Zum Beispiel ähnelt Cäsiumchlorid, bei dem beide Ionen von ähnlicher Größe sind, einem primitiven kubischen Gitter aus Chloridanionen mit Cäsiumkationen in den Zentren. Der Cäsiumchlorid-Elementarzelle sind ein Chloridanion und ein Cäsiumkation zugeordnet.
Jedes Cäsium-Ion ist von acht Chlorid-Ionen umgeben und umgekehrt, was sowohl Cäsium- als auch Chlorid-Koordinationszahlen von acht ergibt.
Natriumchlorid ähnelt einem flächenzentrierten kubischen Gitter aus Chloridanionen, wobei die kleineren Natriumkationen die Zwischenräume zwischen den Anionen einnehmen.
Die Differenz der Ionenradien führt dazu, dass jedes Natriumkation mit nur sechs Chloridanionen interagiert und umgekehrt, wobei vier Chloridanionen und vier Natriumkationen der Elementarzelle zugeordnet sind. Dies wird oft als Steinsalzstruktur bezeichnet.
Zinksulfid hat einen noch größeren Unterschied in den Ionenradien als Natriumchlorid, was zur Zinkblendstruktur führt. Obwohl die Sulfidanordnung einem flächenzentrierten kubischen Gitter ähnelt, befinden sich die Zinkkationen in Tetraedern von Sulfidanionen, was zu einer Koordinationszahl von vier führt.
Nur die Hälfte aller möglichen tetraedrischen "Löcher" ist mit Zinkkationen besetzt, der Rest bleibt leer. Die Elementarzelle besteht aus vier Sulfid-Anionen und vier Zink-Kationen.
Das Verhältnis von Kationen zu Anionen beeinflusst auch, welche Struktur ein ionischer Festkörper annimmt. Calciumfluorid, das ein Kation und zwei Anionen hat, weist die Fluoritstruktur auf.
Hier sind die Kationen in einem flächenzentrierten kubischen Gitter angeordnet, wobei die Anionen alle tetraedrischen Löcher einnehmen. Die Elementarzelle hat vier Calciumkationen mit jeweils einer Koordinationszahl von acht und acht Fluoridanionen mit jeweils einer Koordinationszahl von vier.
Die Antifluoritstruktur wird durch Verbindungen wie Natriumoxid dargestellt, das zwei Kationen und ein Anion hat. Hier sind die Anionen in einem flächenzentrierten kubischen Gitter angeordnet, wobei die Kationen die acht tetraedrischen Löcher einnehmen.
Ionenkristalle bestehen aus zwei oder mehr verschiedenen Arten von Ionen, die normalerweise unterschiedliche Größen haben. Die Packung dieser Ionen zu…
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