1.1. Übersicht, Ziele, Gliederung, Literatur

Ziele und Grenzen

Diese Vorlesung bildet gemeinsam mit der Vorlesung Festkörperchemie das Angebot im Master Chemie. Sie stellt eine 'stoffchemische Brücke' zwischen den Vorlesung Chemie der Nichtmetalle (Anorganische Chemie I) bzw. Chemie der Metalle (Anorganische Chemie II) und der Festkörperchemie/Materialchemie her. Die anorganische Strukturchemie kann zwar ebensogut aus Lehrbüchern wie z.B. dem Buch von U. Müller (s.u.) erarbeitet werden, aber gerade hier bietet die in der Vorlesung genutzte zusätzliche Darstellung der Strukturen am Rechner (z.B. als VRML auf diesen WEB-Seiten) gegenüber der reinen statischen Abbildungen in Lehrbüchern große Vorteile. Für die Vor- und Nachbereitung dieser Vorlesung kann aber auf jeden Fall das Buch von U. Müller (Anorganische Strukturchemie, Springer Verlag) empfohlen werden.
Ziel dieser Vorlesung ist primär auch, das 'Auswendiglernen' von Strukturen und Strukturtypen zu vermeiden und statt dessen

Die Strukturchemie von den bekannten einfachen Bindungskonzepten her zu verstehen.
Den Zusammenhang zwischen den Strukturen und der elektronischen Struktur (Zustandsdichten, Bandstrukturen), also der chemischen Bindung, zu erkennen.
Zusammenhänge zwischen einfachen Strukturtypen zu sehen.
Strukturverwandtschaften (nicht mathematisch genau, da Zeit und auch Hintergrund fehlen) zu verstehen und einzusetzen.

Die Vorlesung kann leider aus zeitlichen Gründen nicht detalliert auf die selbstverständlich interessanten Aspekte der Bedeutung von Strukturen für die Eigenschaften von Festkörpern eingehen. Hierzu muß auf die Vorlesung Festkörperchemie verwiesen werden. Sie bleibt damit leider auch ohne Bezug zu möglichen Anwendungen.

Gliederung und Inhaltsverzeichnis

Nach der Einleitung erfolgt die weitere Unterteilung nach den drei wichtigsten Bindungsarten:

In jedem Kapitel werden zunächst die Konzepte zum Verständnis der Stabilität der jeweiligen Bindungen, die zur Erklärung der Strukturen jeweils relevanten Konzepte und darüberhinaus (besonders im Fall der metallischen und ionischen Bindung) die Frage der Größe der Atome/Ionen in den Strukturen behandelt.
In der Einleitung werden nach dieser Übersicht im Kapitel 1.2. die verschiedenen Einflußgrößen der an einer Verbindung beteiligten Elemente (im Wesentlichen Elektronegativitätsdifferenzen und -summen) auf die jeweils vorliegende Art der chemischen Bindung und damit der jeweils relevanten strukturchemischen Aspekte wiederholt. Im Abschnitt 1.3. wird allgemein auf die Beschreibung, Benennung und Ordnung von Strukturen (z.B. Begriffe wie Isotypie, Polytypie, Gruppe-Untergruppe-Beziehung, Ordnungsvarianten, Defektvarianten) eingegangen.
Im ersten Abschnitt des Kapitels zu Kovalenten Verbindungen werden die Konzepte der kovalenten Bindung, entsprechende Radien sowie die sehr einfache Oktettregel als strukturbestimmende Faktoren angesprochen und damit eine direkte Anknüpfung an die Chemie der Nichtmetalle hergestellt. Erweiterungen dieser einfachen bekannten Konzepte sind bei den elektronenarmen Verbindungen die Wade/Mingos-Regeln und bei den elektronenreicheren kovalenten Verbindungen der schweren Hauptgruppenelemente die Oktettüberschreitung durch Hypervalenz.
Stofflich wird im Kap. 2.2. die Strukturchemie der kovalent aufgebauten Elemente und in den folgenden Abschnitten 2.3. bis 2.6. eine Auswahl von Strukturen einfacher bzw. wichtiger kovalenter Verbindungen vorgestellt. Im einzelnen ergibt sich also die folgende Gliederung von Kapitel 2:

2.1. Bindung, Konzepte, Radien
2.2. Elementstrukturen der Nichtmetalle
2.3. Strukturen kovalenter Verbindungen (Auswahl)
2.4. Polyanionische Verbindungen (Zintl-Phasen)
2.5. Polykationische Verbindungen
2.6. Cluster

Für die Strukturchemie der Metalle und Legierungen (Kap. 3) ergibt sich analog wie oben die Anknüpfung an die Vorlesung Chemie der Metalle. Als strukturdominierendes Konzept sind dichte Packungen zu nennen. Wegen der hohen Koordinationszahlen sind die Strukturen meist schwerer darstellbar. Die weitere Untergliederung erfolgt wie für kovalente Verbindungen in die einfachen Elemente und eine Auswahl an Verbindungen (hier allgemein: Legierungen):

3.1. Bindung, Konzepte, Radien
3.2. Einfache elementare Metalle (einfache Kugelpackungen)
3.3. Kugelpackungen bei Verbindungen (Legierungen, intermetallische Phasen)

Die Kenntnis einfacher dichter Packungen von Kugeln ist auch für das Verständnis der Strukturchemie der letzten Gruppe von Festkörpern, der Ionenkristalle, sehr hilfreich. Nach der Wiederholung der chemischen Bindung in Salzen in Kapitel 4.1. (Coulomb-Wechselwirkungen, Größenverhältnisse von Ionen, Einfluß von Ligandenfeldstabilisierungs-Energien usw.) wird die Strukturchemie einmal über die Kondensation von Kationenkoordinationspolyedern (KKP) mit Hilfe der Pauling-Regeln und alternativ in Kapitel 4.3. durch Besetzung von Lücken in Anionenpackungen diskutiert. In Kapitel 4.4. werden die wichtigsten Strukturtypen einfacher Salze vorgestellt. Zusammenfassend folgt also für die Gliederung von Kapitel 4:

4.1. Bindung, Konzepte, Radien
4.2. Strukturchemie durch Kondensation von KKPs (Pauling-Regeln)
4.3. Strukturchemie durch Lückenbesetzung in Anionenpackungen
4.4. Wichtige Strukturtypen binärer Salze
4.5. Ionenkristalle AB₂X₄ und ABX₃
4.6. Gläser

Interessant sind natürlich wie immer vor allem die Übergänge und Wechsel zwischen den Bindungsarten, auf die hier leider aus Zeitgründen nicht eingegangen werden kann.

Hinweise zur Literatur

Eine vollständige Liste und externe Links sind hier zusammengestellt.

Einige Bemerkungen zu empfehlenswerter bzw. der verwendeten Literatur:

U. Müller: Anorganische Strukturchemie, Springer. (Empfehlswertes kompaktes Lehrbuch zur Anorganischen Strukturchemie, relativ preisgünstig, auch in der Bibliothek und als E-Book vorhanden).
H. Krebs: Grundzüge der anorganischen Kristallchemie, Enke (etwas veraltet, nicht mehr im Handel erhältlich)
R. C. Evans: Einführung in die Kristallchemie, de Gruyter (ebenfalls nicht mehr im Handel erhältlich, ähnlich Müller und Krebs).
A. F. Wells, Structural Inorganic Chemistry, Oxford (die Bibel zum Nachschlagen der gesamten Strukturchemie, ebenfalls nicht mehr im Handel, aber in der Bibliothek mehrfach vorhanden).
A. F. Wells: Models in Structural Inorganic Chemistry
Die nicht ganz billige ICSD-Datenbank (Inorganic Crystal Structure Database) ist derzeit aus dem Uni-Netz zugänglich, dort finden sich kristallographische Daten aller echten anorganischen Verbindungen (keine C-H-Bindungen).
Eine alternative Datenbank ist der Pearson, der auf einem der Rechner in der Chemiebibliothek installiert ist. Hier sind die Daten deutlich besser aufbereitet, der Datenbestand ist aber relativ vergleichbar zur ICSD.
Riedel: Moderne Anorganische Chemie, de Gruyter (auch als E-Book) (daraus ist das Kapitel von H.-J. Meyer nur bedingt empfehlenswert, da hier die Stoffauswahl unter dem Aspekt von besonderen Eigenschaften getroffen ist und daher vor allem spezielle und komplexe Verbindungen betrachtet werden; eher geeignet für die Festkörperchemie-Vorlesung).

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Inhalt

Einleitung

Kovalente FK

Metalle

Ionenkristalle

Literatur

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Oxide