Teil 6 - Chemie Unibas

Thermodynamik und
Gleichgewicht
Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik
- Wärme, Arbeit und Energie Innere Energie U = Gesamtenergie eines Systems
(Zustandsfunktion)
(Summe der kinetischen Energie aller Teilchen und der
potentiellen Energie als Folge ihrer Wechselwirkungen)
Die innere Energie eines Systems kann durch Arbeit (Spannen einer
Feder, Komprimieren eines Gases) oder Wärme verändert werden
Aenderung der inneren Energie
Energie, die als Arbeit zugeführt wird
DU = q + w
Energie, die als Wärme zugeführt wird
Konsequenzen:
• Wärme und Arbeit sind äquivalente Möglichkeiten die Energie
eines Systems zu ändern.
• Wenn Energie nicht in Form von Arbeit oder Wärme ausgetauscht werden kann, ist die innere Energie konstant
(Innere Energie kann nicht erschaffen oder vernichtet werden)
1. Hauptsatz der Thermodynamik
Die Innere Energie eines isolierten Systems ist konstant
Expansionsarbeit gegen die Atmosphäre
p, äusserer Druck
Beispiel:
CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Kolben
DV, Volumenänderung
Gas, das den
Kolben herausschiebt
DU = w
mit w = -pDV
Enthalpie
DH = qp (Wärme, die bei konstantem
Druck transferiert wird)
Bei konstantem Druck wird nur ein Teil der zugeführten Wärme
benützt, um die innere Energie des Systems (vgl.: Gas in Zylinder)
zu erhöhen. Der Rest verschwindet in die Umgebung in Form von
Arbeit!
DU = qp + w
oder
DU = DH -pDV
Die Richtung spontaner Vorgänge
Ein spontaner Vorgang läuft ab, ohne dass von aussen ein
Anstoss erfolgt!
Ein heisser Metallblock kühlt sich die Umgebungstemperatur ab.
Ein Block, der die gleiche Temperatur wie die Umgebung besitzt,
erwärmt sich nicht spontan auf Kosten der Umgebung.
Weitere Beispiele?
Spontane Vorgänge führen zu einer Entropiezunahme
(Netto-Zunahme der Unordnung eines Systems und seiner Umgebung)
Photosynthese:
6CO2(g) + 6H2O(l)
C6H12O6(s) + 6O2(g)
Viele einfache Reaktandenmoleküle werden zum Aufbau eines
hochgeordneten Glucosemoleküls verwendet:
Entropie (Unordnung) des Systems nimmt ab!
die Reaktion läuft nicht spontan ab!
Die Entropie S kann mit Hilfe der Boltzmann-Beziehung
berechnet werden:
S = klnW
k = R/NA = 1.38*10-23 JK-1 (Boltzmannkonstante)
W: Anzahl der Anordnungsmöglichkeiten der Atome/
Moleküle einer Probe bei gegebener Gesamtenergie
Entropie eines Festkörpers aus 20 heteronuklearen zweiatomigen
Molekülen (z.B., CO oder HCl)
Perfekt geordneter Einkristall bei T = 0K (alle Bewegungen eingefroren)
Nur eine Anordnungsmöglichkeit für die Moleküle
W = 1 and S = 0!
Jedes Molekül kann zwei verschiedene Orientierungen annehmen
W = 2*2*2...*2 = 220
S = k ln220 = 1.9*10-22 JK-1
Die molare Standardentropie S° einer Substanz ist die Entropie
pro Mol reiner Substanz bei 1 atm Druck (Einheit: JK-1mol-1)
S°(Wasser)
gasförmig
flüssig
fest
Temperatur
Die Standardreaktionsentropie
DS 0 = Â nS 0 (Pr odukte) - Â nS 0 (Edukte)
† Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik
Ein spontaner Vorgang ist immer mit einer Zunahme der
Entropie des Systems und seiner Umgebung verbunden!
Die Entropieänderung der Umgebung
Die Entropie von flüssigen Wasser ist höher als die von Eis!
aber: unter 0°C gefriert Wasser spontan!?
Der Gefrierprozess ist exotherm!
Wärme wird an die Umgebung abgegeben
und verursacht chaotische thermische Bewegungen der Atome
DSumg > 0
DStot = DSsys + DSumg
DSumg µ -DH
(bei exothermen Prozessen nimmt die Entropie der Umgebung zu)
†
DSumg
-DH
=
T
Die Entropie der Umgebung nimmt bei Wärmezufuhr zu!
Je niedriger die
† Temperatur, desto grösser die Zunahme!
Die Freie Enthalpie
Gesamte Entropieänderung
DStot = DSsys + DSumg
DStot = DS - DH/T
-TDStot = DH - TDS
DG = DH -TDS
G: Gibbs‘sche Freie Energie
oder Freie Enthalpie
Faktoren, die spontane Reaktionen begünstigen
Enthalpieänderung
Entropieänderung
Spontane Reaktion
Exotherm (DH < 0)
Exotherm (DH < 0)
Endotherm (DH > 0)
Endotherm (DH < 0)
Zunahme (DS > 0)
Abnahme (DS < 0)
Zunahme (DS > 0)
Abnahme (DS < 0)
ja, DG < 0
ja, falls |TDS| < |DH|
ja, falls TDS > DH
nein, DG > 0
Chemische Reaktion: aA + bB
cC + dD
DG < 0 Bildung von Produkten begünstigt
DG > 0 Bildung von Edukten begünstigt
DG = 0 System im Gleichgewicht!
Beziehung zwischen Gleichgewichtskonstante K
und der freien Reaktionsenthalpie
K
DG = -RT ln
Q
Konzentrationsabhängiger
Reaktionsquotient
†
Tendenz zur Bildung von Produkten
Gleichgewicht
Tendenz zur Bildung von Edukten
Q<K
Q=K
Q>K
K
erfüllt für DStot µ ln
Q
(Erinnere: DG = -TDStot)
†
und
und
und
DStot> 0
DStot= 0
DStot< 0
Thermodynamik und
Elektrochemie
Wenn das Potential einer Zelle nicht genau gleich Null ist, so hat
die Zellreaktion die Tendenz, in einer bestimmten Richtung
abzulaufen und dabei Elektronen durch den Stromkreis zu drücken
DG klein
DG gross
e-
e-
E klein
E gross
Im Gleichgewicht:
DG = 0
E=0
DG ~ - E
(negatives Vorzeichen: positives Zellpotential gehört zur spontanen Zellreaktion)
Beziehung zwischen E und DG für eine Reaktion bei der n mol
Elektronen von der Anode zur Kathode fliessen:
DG = - nFE
Bsp: Daniell Element
Zn + Cu2+
d.h. n = 2 und E = 1.1 V
Zn2+ + Cu
DG = -210 kJ
Standard-Zellpotential E°: alle an der Zellreaktion beteiligten
Ionen liegen in der Konzentration 1 M und alle übrigen
Substanzen mit einem Druck von 1.01325 bar vor.
Jeder Elektrode wird ein charakteristischer Beitrag zu Zellpotential zugeschrieben: Elektrodenpotential
(bzw. Standard-Elektrodenpotential)
Standard-Potential einer Zelle ist dann gleich der Summe der
beiden Standard-Elektrodenpotentiale:
E° = E°(Anode) + E°(Kathode)
Potential einer einzelnen Elektrode ist nicht messbar:
(Voltmeter muss an 2 Pole angeschlossen werden!)
Standard-Wasserstoffelektrode E° = 0 (willkürlich)
Standardpotential und Gleichgewichtskonstante
DG° = -RTlnK und DG° = -nFE°
nFE
lnK =
RT
Bsp: Daniell-Element
†
o
Zn + Cu2+
Zn2+ + Cu
n=2; E°=1.1V; T = 298.15K
Kc =
2+
Zn
[ ]
2+
Cu
[ ]
= 1.6 *10 37
Gleichgewicht ist erreicht für [Zn2+] ≈ 1037*[Cu2+]!
Reaktion läuft vollständig ab!
†
Bestimmung der Löslichkeit von Silberchlorid:
AgCl(s)
Tabelle:
Ag(s)
AgCl(s) + e-
Ag+(aq) + Cl-(aq)
Halbreaktionen
Ag+(aq) +eAg(s) + Cl-(aq)
Standardzellpotential: -0.58V
KL = [Ag+][Cl-] = 1.6*10-10 mol2L-2
E° = - 0.80V
E° = 0.22V
Die Nernstsche Gleichung
Abhängigkeit der Zellpotentiale von Konzentration und Druck
K
DG = -RT ln
Q
DG
= - RT lnK + RT lnQ = DG° +RT lnQ
-nFE
= - nFE° + RT lnQ
†
Bsp:
RT
E=E lnQ
nF
0
Potential des Daniell Elements bei 25°C mit [Zn2 +] = 0.1M und
[Cu2+] = 0.001M?
(E° =†
1.1V; R = 8.314 J K-1mol-1; T = 298.15 K n = 2; F = 96500 Cmol-1)
E = 1.04V !!
pH-Meter als Anwendung der Nernst-Gleichung:
Gesucht: Zelle, die spezifisch auf die Konzentration von H+-Ionen reagiert!
Kombination einer Wasserstoffelektrode mit einer Calomel-Elektrode
( Hg2Cl2(s) + 2e-
2Hg(l) + 2Cl-(aq) E° = +0.27V)
Pt | H2(g) | H+(aq) || Cl-(aq) | Hg2Cl2(s) | Hg(l) E° = +0.27V
Zellreaktion
H2(g) + Hg2Cl2(s)
E = E0 -
2H+(aq) + 2Cl-(aq) + 2Hg(l)
Q = [H+]2[Cl-]2
2
2
0.0592V
log[ H + ] [Cl- ] = 0.27V - 0.0592V log[Cl- ] - 0.0592V log[ H + ]
2
([Cl-] = const: bei der Herstellung der Kalomelelektrode wird gesättigte KCl-Lösung verwendet!)
†
E = E'+ 0.0592V * pH
Kräfte zwischen Atomen,
Ionen und Molekülen
Zwischenionische and zwischenmolekulare Kräfte
Wechselwirkung
Ion-Ion
Ion-Dipol
Dipol-Dipol
London (Dispersion)
Wasserstoffbrücke
Energie,
kJ/mol
250
15
2
0.3
2
20
Spezies
Ionen
Ionen und polare Moleküle
Stationäre polare Moleküle
Rotierende polare Moleküle
Alle Moleküle
N, O F; verknüpft über ein
gemeinsames H
Ion-Ion Wechselwirkungen
Starke langreichweitige Wechselwirkung!
q1q2
Ep µ
r
hohe Schmelz- und Siedepunkte ionischer Festkörper
Verbindung
Schmelzpunkt, °C
LiF
LiCl
NaCl
KCl
MgCl2
MgO
CaCl2
Al2O3
842
614
801
776
708
2800(sublimiert)
782
2015
† Siedepunkt, °C
1676
1382
1413
1500
1412
3600
2000
2980
kleinesl Al3+ polarisiert benachbarte O2- Ionen
kovalenter Charakter
Ion-Dipol Wechselwirkung
Anziehung zwischen einem Kation und der negativen Partialladung eines Moleküls oder einem Anion und der positiven Partialladung !
zm
Nimmt schneller mit Abstand ab
Ep µ 2
r
†
Hydratisierung von Kationen in Lösung und Kristallen
Na2CO3*10H2O or CuSO4*5H2O
• Li und Na bilden hydratisierte Salze, K, Rb und Cs nicht.
• Ba Salze sind oft hydratisiert, K Salze nicht.
Erklärung?
(Ionenradius: Ba2+: 135 pm; K+:133 pm)
Einschub: Warum löst sich NaCl in Wasser?
Gedankenexperiment:
1. NaCl(s)
Na+(g) + Cl-(g)
DHL= 787 kJmol-1
2. Na+(g) + Cl-(g)
Na+(aq) + Cl-(aq)
DHhyd= -784 kJmol-1
Dipol-Dipol Wechselwirkung
Anziehung zwischen den elektrischen Dipolen polarer Moleküle!
Im Festkörper:
Energetisch günstige
Orientierungen
m1m2
Ep µ 3
r
( ≈ r-3)
Vergleiche die Verdampfungsenthalpie einer polaren Verbindung
mit der Gitterenergie eines Salzes:
†
DHvap, HCl = 18 kJ/mol
DH°L, NaCl = 787 kJ/mol
Im Gas: schnelle Rotation
der Moleküle !
Vergleich der
Reichweiten
Potentielle Energie, Ep
Entfernung, r
m12m22
Ep µ 6
r
Die London‘schen Dispersionskräfte
Attraktive Wechselwirkung, auch zwischen unpolaren Spezies
Ursache: Fluktuationen der Elektronenverteilung!
Anziehung zwischen momentanen Dipolen
d+
d+
d-
d-
d-
d+
d+
d-
kurzreichweitig
a1a 2
Ep µ 6
r
Die Stärke von London-Kräften
• grössere Moleküle besitzen mehr Elektronen, die stärkere Fluktuationen
bewirken
• stark polarisierbare Moleküle haben grössere Elektronendichte-Fluktuationen
Erkläre:
• H2 hat einen Siedepunkt von -253°C
• Pentan hat einen Siedepunkt von 36°C, Neopentan von 10°C
CH3
H3C CH2 CH2 CH 2 CH3
H3C C CH3
CH3
• Methan siedet bei -162°C, CCl4 bei 77°C
Die Wasserstoffbrückenbindung
Eine Wasserstoffbrückenbindung wird durch ein Wasserstoffatom
zwischen zwei stark elektronegativen Atomen gebildet.
Nur mit N, O, F!
Siedepunkt, °C
100
H2O
HF
NH3
CH4
H2S
HCl
PH3
SiH4
H2Se
HBr
AsH3
GeH4
H2Te
HI
SbH3
SnH4
3
4
5
0
-100
2
Periode
Wichtige Fälle von Wasserstoffbrückenbindungen
N -H ... N
N - H ... O
N - H ... F
O - H ... N
O - H ... O
O - H ... F
F - H ... N
F - H ... O
F - H ... F
Wasserstoffbrücken können sich auch zu Anionen anderer
Elemente ausbilden!
Wasserstoffbrücken spielen eine wichtige Rolle für Gestalt und
Eigenschaften von Biomolekülen:
- Gestalt und Aktivität von Proteinen
- Dimerisierung von DNA
- Eigenschaften von Cellulose
Flüssigkeiten
Beispiel: Wasser
Charakteristische Eigenschaften von Flüssigkeiten
• Nahordnung, keine Fernordnung
• viskoses Fliessen
• scharf definierte Oberfläche
• Tendenz zu Verdampfen, Ausbildung eines Dampfdruckes
Zwischenmolekulare Wechselwirkungen!
Oberflächenspannung
Zwischenmolekulare Kräfte ziehen Oberflächenmoleküle ins
Innere der Flüssigkeit
glatte Oberfläche,
sphärische Tropfengestalt
Die Oberflächenspannung g einer Flüssigkeit ist ein Mass für
die Kraft, die an ein Oberflächenmolekül angelegt werden muss,
damit es die gleich Kraft erfährt wie ein Molekül im Innern der
Flüssigkeit.
Oberflächenspannung gebräuchlicher Flüssigkeiten
Substanz
Wasser
Ethanol
Methanol
Benzol
Quecksilber
Temperatur, °C Rel. Oberflächenspannung
18
25
100
0
10
20
30
20
20
20
1.02
1
0.806
0.334
0.328
0.316
0.304
0.314
0.401
6.56
gWasser,25°C = 72.8 mN m-1
Kapillarkräfte
Flüssigkeiten steigen
in engen Röhren
attraktive WW zwischen
Molekülen und Innenwand
Papierhandtücher
Bäume
Meniskus
Gekrümmte Oberfläche einer Flüssigkeit in einer engen Röhre
Cohäsive Kräfte > Adhäsive Kräfte
Cohäsive Kräfte < Adhäsive Kräfte
Dampfdruck
Dampfdruck als dynamischer Prozess
In einem geschlossenen Gefäss stellt sich zwischen einer Flüssigkeit und ihrem Dampf ein dynamisches Gleichgewicht ein:
Verdampfungsgeschwingigkeit = Kondensationsgeschwindigkeit
Dynamisches Gleichgewicht:
H20(l)
H2O(g)
Der Dampfdruck einer Flüssigkeit (Festkörper) ist der Druck der von seinem
Dampf ausgeübt wird wenn Dampf und Flüssigkeit (Festkörper) im Gleichgewicht stehen.
Temperaturabhängigkeit des Dampfdrucks?
Warum verdampfen Flüssigkeiten vollständig aus offenen
Gefässen?
Wo findet der Verdampfungsprozess statt: an der Oberfläche
oder im Innern einer Flüssigkeit? Warum?
Welche Substanz hat den höheren Dampfdruck:
Ethanol
SF6
Dimethylether
SCl6
Dampfdruck von Lösungen
Druck
p(gesamt)
p(A)
p(B)
0
1
x(A)
Raoult-Gesetz:
Gesamtdruck der Lösung: p = p(A) + p(B)
= x(A)p°(A) + x(B)p°(B)
Dampfdruck
Dampfdruck und Siedepunkt
1 atm
Temperatur
Verdampfung kann in der gesamten Flüssigkeit stattfinden,
da der gebildete Dampf die Atmosphäre verdrängen kann,
um sich Platz zu schaffen!
Der Siedepunkt Tb einer Flüssigkeit entspricht der Temperatur
bei der ihr Dampfdruck 1 atm beträgt
Tb, Wasser
hier und auf einem Berg ?
Trouton‘sche Regel
0
DH verd
J
ª 85
Tb
K ⋅ mol
Für Flüssigkeiten ohne Wasserstoffbrücken!
Bsp:
†
Benzol
Brom
DH°verd = 34 kJ/mol
DH°verd = 28 kJ/mol
Tb ≈ 80°C
Tb ≈ 51°C
Die kritische Temperatur
Flüssigkeiten sieden nicht, wenn sie in einem geschlossenen Behälter erwärmt
werden.
T < Tc
T ≈ Tc
T > Tc
Oberhalb der kritischen Temperatur kann eine Substanz nicht
im flüssigen Zustand existieren!
• Bei Tc können Substanzen durch Druckerhöhung verflüssigt
werden
kritischer Druck pc
• Oberhalb Tc findet keine Verflüssigung statt!
CO2
steigende Temperatur
Kritische Temperaturen und Drucke
Substanz
Tc , °C
pc , atm
He
Ne
Ar
Kr
Xe
H2
O2
H2O
N2
NH3
CO2
CH4
C6H6
-268
-229
-123
-64
17
-240
-118
374
-147
132
31
-83
289
2.3
27
48
54
58
13
50
218
34
111
73
46
49
Wie können CO2, He
verflüsssigt werden?
Superkritische Substanzen
als Lösungsmittel!
• Extraktion von Koffein,
Parfums, Kohle...!!
• Polymerisationen
Das Erstarren
Gefrierpunkt und Druck
Druck schiebt Moleküle zusammen und verringert dadurch den
intermolekularen Abstand:
stärkere Anziehung
höherer Gefrierpunkt!
(Effekt ist gewöhnlich klein!)
Dichte
Ausnahme: Wasser
bei 1000 atm Gefrierpunkt -5°C!
CCl4
H2O
Temperatur
Das Phasendiagramm
´graphische Darstellung der Temperatur- und Druckbedingungen, bei denen
die verschiedenen festen, flüssigen und gasförmigen Phasen existieren ´
H2O
Phasengrenze
760
Druck, Torr
Flüssigkeit
Tripelpunkt:
4.6
Drei Phasengrenzen
treffen aufeinander
(4.6 Torr und 0.01°C)
Eis
Tripelpunkt
Gas
0
100
Temperatur, °C
Druck, atm
CO2
5.1
fest
flüssig
gasförmig
31
-56
Temperatur, °C
• Wie existiert CO2 bei 10 atm and -15°C?
• Wie ändert sich der Gefrierpunkt mit steigendem Druck
Struktur und Eigenschaften
von Festkörpern
Metalle
s- und d-Block
Elemente
duktil, glänzend,
elektrisch und thermisch
leitfähig
Ionisch
NaCl, KNO3,
CuSO4*5H2O
hart, spröde, hohe
Schmelz- und Siedepunkte
Netzwerke
B, C, schwarzer P,
BN, SiO2
hart, spröde, sehr hohe
Schmelz- und Siedepunkte
wasserunlöslich
Molekular
BeCl2, S8, P4, I2,
Eis, Glucose,
Naphthalin
relativ niedrige Schmelzund Siedepunkte, in reinem
Zustand spröde
kristallin
Geordnete reguläre
Anordnung von
Atomen, Ionen, Molekülen
amorph
völlig ungeordnete Ansammlung
von Atomen, Ionen, Molekülen
(Glas, Gummi, Butter)
Metalle und Halbleiter
Dichtest-gepackte Struktur
(Atome besetzen das kleinst-mögliche Volumen mit minimalen Lücken)
AB
ABA (hdp)
Mg, Zn,..
Koordinationszahl: 12
ABC (kdp)
Al, Cu, Ag, Au
Dichtest-gepackte Strukturen aus harten Kugeln enthalten Lücken!
Tetraederlücke
Oktaederlücke
Raumerfüllung bei dichtester Kugelpackung: 74%
(für kubisch-innenzentriert: 68%!)
Kubisch-innenzentrierte Struktur:
Koordinationszahl: 8
Fe, Na, K
Eine Elementarzelle ist die kleinste Einheit, die die Struktur des
ganzen Kristalls beschreibt!
(Kristallgitter als wiederholte, lückenlose Aneinanderreihung von Elementarzellen in allen Raumrichtung)
Klassifikation der Gitter nach
Bravais
• Klassifikation der Gitter entsprechend
ihrer Symmetrie
• 14 verschiedene Symmetriegruppen,
je einem Bravaisgitter zugeordnet
• Bravaisgitter jeweils einem von
7 verschiedenen Kristallsystemen
zugeordnet
Kubisches Kristallsystem
a=b=c
a = b = g = 90°
3 Bravaisgitter:
• Einfachkubisch
• Kubischflächenzentriert
• Kubischraumzentriert
Tetragonales Kristallsystem
a=b≠c
a = b = g = 90°
2 Bravaisgitter:
• Einfachtetragonal
• Tetragonalraumzentriert
Orthorombisches
Kristallsystem
a≠b≠c
a = b = g = 90°
4 Bravaisgitter:
• Einfachorthorombisch
• Orthorombischflächenzentriert
• Orthorombischraumzentriert
• Orthorombischbasiszentriert
Monoklines Kristallsystem
a≠b≠c
a = g = 90° ≠ b
2 Bravaisgitter:
• Einfachmonoklin
• Monoklinbasiszentriert
Triklines Kristallsystem
a≠b≠c
a≠b≠g
1 Bravaisgitter:
• Einfach-triklin
Trigonales Kristallsystem
a=b=c
a = b = g ≠ 90°
1 Bravaisgitter:
Hexagonales Kristallsystem
a=b≠c
a = b = 90°
g = 120°
1 Bravaisgitter:
Legierungen
Homogene Mischung aus zwei oder mehr Metallen
Gängige Legierungen
Legierung
Messing
Bronze
Zusammensetzung
(Gew%)
Bis zu 40% Zn in Cu
Metalle ausser Zn oder Ni in Cu
(Gussbronze: 10% Sn und 5% Pb)
Cupronickel
Zinn (Gefässe)
Lot
Rostfreier Stahl
Ni in Cu (Münz-Cupronickel: 25% Ni)
6% Sb und 1.5% Cu in Sn
Sn und Pb
>12% Cr in Fe
Atomare Anordnung
Messing (rZn ≈ rCu)
Stahl (rC < rFe)
Elektrische Leitfähigkeit von Metallen
Beispiel: Na
Metallprobe = ein Riesenmolkül aus N Na Atomen (N ≈ 1023!)
• jedes Na trägt 1 Valenzelektron bei
• N Molekülorbitale, zur Hälfte binded und zur Hälfte antibindend
N/
2
bindende Orbitale sind besetzt!
Energien liegen in einem nahezu kontinuierlichen Band
freie Orbitale
Elektronen bewegen
sich frei im Festkörper!
besetzte Orbitale
Leitungsband
Einfluss der Elektronenbeweglichkeit auf Materialeigenschaften
Metallischer Glanz
Einfallendes
Licht
Reflektiertes
Licht
Oszillierende
Elektronen
Duktilität
Isolator
Halbleiter
Dotierung:
Leitungsband
Bandlücke
Valenzband
Elektronen im Valenzband sind
nicht mobil, da das Band voll ist!
As in Si
n-Typ
In in Si
p-Typ
zusätzliche
Elektronen
fehlende
Elektronen
Ionische Festkörper
Kugelpackung, aber:
Kationen und Anionen haben
verschiedene Grösse!
Jede Elementarzelle besteht aus Ionen unterschiedlicher Grösse
Und Ladung und muss elektrisch neutral sein!
Kochsalzstruktur
Cl- und Na+ bilden jeweils ein
kubisch flächenzentriertes
Gitter (fcc) !
Jedes Kation ist von 6
Anionen umgeben und
umgekehrt
(6,6) Koordination!
Kochsalz
Cäsiumchlorid Struktur
• Ionen haben ähnliche Grösse!
• (8,8) Koordination
Kristallstruktur
Kochsalz
Cäsiumchlorid
Fluorit
Rutil
Perovskit
Beispiele
NaCl, LiCl, KBr, RbI, MgO, CaO, AgCl
CsCl, CsI, TlSb
CaF2, Na2O, UO2
TiO2, MnO2, SnO2, MgF2
CaTiO3, BaTiO3, SrFeO3, LaMnO3
CsCl
Netzwerkstrukturen: Diamant und Graphit
• sp3-hybridisierter C ist kovalent an 4
Nachbarn durch s Bindungen gebunden
• elektrischer Isolator
• sp2-hybridisierter C, kovalent zu Schichten
aus Sechsecken verküpft;
• lange und schwache Bindungen zwischen
den Schichten
• elektrischer Leiter
Leitfähigkeit parallel und senkrecht zu den Schichten?
Zinkblende-Struktur
(4,4) Koordination
Diamant und Graphit