Vorlesung Anorganische Strukturchemie
1. Einleitung
1.3. Systematik, Beschreibung, Nomenklatur
Zur Verständigung zwischen anorganischen Strukturchemikern
ist ein minimaler Satz bekannter sogenannter Strukturtypen
(einzelne, ungeordnet) erforderlich.
- bestimmte Atomanordnung in einem kristallinen Festkörper
- Isotypie: gleiche Raumgruppe, ähnliche Gitterkonstanten, ähnliche Lageparameter (Kriterien?, vgl. Typix)
- Name: nach der zuerst strukturell charakterisierten Verbindung, z.B.
NaCl/Kochsalz-Typ, Cu-Typ usw. Dadurch ist leider die Namensgebung sehr uneinheitlich,
häufig liegen Mineral-Namen (z.B. Spinell),
Entdeckernamen, Ortsbezeichnungen (z.B. Perowskit), Eigenschaften,
Kristallformen (z.B. Tridymit), Spaltbarkeiten, Farben, etc. etc.
den Namen zugrunde.
Die Strukturtypen können unter verschiedenen Aspekten geordnet und gruppiert werden:
- Der Gruppierung nach chemischen Kriterien folgt die sogenannte
Strukturberichtsnomenklatur, die in Tab. 1.3.1. für einige bekannte Beispiele
zusammengestellt ist.
| Gruppe |
Verbindungen |
Beispiele |
| A |
Elemente |
A1: f.c.c., Cu-Typ |
| A2: b.c.c., W-Typ |
| A3: h.c.p., Mg-Typ |
| A4: Diamant |
| A5: weißes Sn |
| A14: I2 |
| B |
Verbindungen des Formeltyps AB |
B1: NaCl |
| B2: CsCl |
| B12: BN |
| C |
Verbindungen des Formeltyps AB2 |
C1: CaF2 |
| C4: TiO2 |
| C6: CdI2 |
| D |
Verbindungen des Formeltyps AmBn |
D1: NH3 |
| E |
Verbindungen mit mehr als zwei Atomsorten ohne zusammengehörige Baugruppen |
E1: PbFCl |
| F |
Verbindungen mit mehr als zwei Atomarten mit zusammengehörigen Baugruppen aus zwei oder drei Atomen |
F1: KCN |
| G |
Verbindungen mit vieratomigen Baugruppen |
G1: MgCO3 |
| H |
Verbindungen mit fünfatomigen Baugruppen |
H2: BaSO4 |
| L |
Legierungen |
L10: CuAu |
| M |
Mischkristalle |
|
| O |
Organischen Verbindungen |
O1: CH4 |
| S |
Silicate |
|
Tab. 1.3.1. Strukturberichts-Nomenklatur
Man sieht sofort, dass diese Gruppierung insgesamt wenig zielführend ist. (! Nicht lernen!)
- Für die kristallographische Ordnung von
Strukturen gibt es verschiedene Ansätze, z.B.
wird im einfachsten Fall der sogenannte Pearson-Code verwendet, in dem die
Strukturtypen nach Kristallklassen/Bravais-Gitter geordnet und
durch die Zahl der Atome in der Elementarzelle weiter unterschieden werden
(z.B. CsCl: cP2). Aktuelle Datenbanken wie z.B. die ICSD erlauben
eine Struktur/Verbindungs-Suche mit diesem Code.
- Die Symmetrie der Kristallstrukturen kann sehr günstig
als Ordnungsprinzip genutzt werden. Die mathematisch genaue
Beschreibung mit Hilfe der Gruppentheorie (Gruppe-Untergruppe-Beziehung)
ist dabei sehr nützlich. Die Prinzipien hiervon (ohne die Mathematik!)
werden auch an einzelnen Stellen in dieser Vorlesung genutzt und verbergen
sich z.B. auch hinter Begriffen wie:
- Ordnungsvarianten (Homöotype) (Po: NaCl, Si: GaAs, Cu: CuAu, Cu3Au)
- Defektvarianten (NaCl: CdCl2) bzw. gestopfte Varianten
- Verzerrungsvarianten (Po: Te, As)
- Stapelvarianten (Polytype) (ClI2 - CdCl2)
Diese und viele andere nützliche ....
Generelle Zusammenhänge zwischen Basisstrukturen
... der Metalle (links) und der
kovalenten Elemente (rechts) und sehr vielen anderen Verbindungsklassen sind
im Diagramm in Abbildung 1.3.1. zusammengestellt. In der Tonspur (C-20/21 geschuldet!)
gibt es eine Erklärung dazu
(s.a. Vorlage 1.3.).
Abb. 1.3.1. Generelle Strukturzusammenhänge
‣SVG
Verschiedene erweiterte Formelschreibweisen geben ebenfalls Hilfen zum Aufbau der Strukturen:
- Vorangestellte Dimensionalität: 2∞ C (für Graphit)
- Hochgestellte eckige Klammern zur Kennzeichnung der Koordinationszahlen:
z.B. C[3] im Graphit oder Na[6]Cl[6] für
Kochsalz.
- Der Kondensationsgrad der Polyeder [meist der Kationenkoordinationspolyeder (KKP) in
Salzen] kann als gebrochener Indiz angedeutet werden (sog. Niggli-Formeln, s. Video dazu unten), z.B.
- SiO4/2 für Quarz um anzudeuten, dass jedes Si-Atom von vier
Sauerstoffatomen umgeben ist, die aber jeweils zu zwei KKPs gehören.
| ✍Video zur Niggli-Schreibweise(175MB|MP4|H264) |
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