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Vorlesung Anorganische Strukturchemie

1. Einleitung

1.2. Chemische Bindung und Strukturchemie

Schon aus der Gliederung geht indirekt hervor, dass die chemische Bindung wesentlich die Struktur bestimmt. Der Umkehrschluß, nach dem gleiche Struktur auch gleiche Art der chemischen Bindung bedingt, gilt übrigens nicht immer, wie einige berühmte Beispiele zeigen: Beispielsweise sind die Legierung CuZn (metallische Bindung) und der Ionenkristall CsCl isotyp! Bekanntermaßen ist das chemische Hauptkriterium für die Bindungsart die Differenz und die Summe der Elektronegativitäten der (beiden) an der chemischen Verbindung beteiligten Elemente (Bindungspartner). Darüberhinaus spielen dann weitere Kriterien wie:

eine Rolle. Die vorliegende Bindungsart beeinflußt dann unmittelbar sowie die dann schon eher strukturell/geometrisch bedingten Fragen, inwieweit die Wechselwirkungen sind. Daraus folgen dann für die Strukturchemie die

Am besten lassen sich die verschiedenen Punkte im Dreieck der Bindungsarten (Ketelaar-Dreieck) demonstrieren:

1. Bindungsarten und Elektronegativität 2. Energieinhalt/Gewinn bei der Bildung 3. Bindung
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Abb. 1.2.1. Dreiecke I

4. Reichweite der chemischen Bindung 5. Koordinationszahlen (CN) 6. Darstellung der Strukturchemie
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Abb. 1.2.5. Dreiecke II

Wichtigste strukturchemische Folge der Bindungsart sind die stark variierenden

7. Größen und Radien 8. Kapiteleinteilung 9. Konzepte zum Strukturverständnis
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Abb. 1.2.6. Dreiecke III

Zusammenfassung

In der folgenden Tabelle 1.2.1. sind die wichtigsten Parameter der anorganischen Strukturchemie für die einzelnen Bindungsarten nochmals gegenübergestellt.

. Bindungstyp Diagramm
kovalent ionisch metallisch
Summe EN groß mittel klein 1
Differenz EN klein groß klein
Energie-Gewinn LCAO (je 2 AO) IE, EA, Coulomb LCAO (alle AO) 2
Reichweite kurz (2 Atome) mittel lang (ges. Kristall) 3
Bindung gerichtet ungerichtet ungerichtet 4
CN 1 bis 4 4 bis 8 8 bis 24 5
Radien kov. Einfachbindungsradien, v.d.W.-Radien Ionenradien metallische Radien (Gschneidner) 7
einfache Struktur-Konzepte 8-N-Regel, VSEPR, Wade-Regeln Pauling-Regeln, dichte Packungen der Anionen mit besetzten Lücken dichteste Packung 9
Darstellung der Struktur Stick-and-Ball, Kalotten-Modelle KKP ? 6
elektronische Struktur. Zustandsdichten mittlere bis kleine Bandlücken, DOS bei EF=0 sehr große Bandlücken keine Bandlücke, hohe DOS bei EF -
Eigenschaften meist anisotrop selten anisotrop isotrop -
Bauverbände 1-, 2- oder 3-dimensional meist 3-dimensional 3-dimensional -
mechanische Eigenschaften bei 3-dim. Verbänden sehr hart hart, spröde duktil -
elektrische Eigenschaften bei 3-dim. Verbänden Isolatoren bis Halbleiter Isolatoren Leiter Bandlücken
Besprechung in Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 8

Tab. 1.2.1. Zusammenfassung

Besonders interessant sind natürlich die Übergänge zwischen den Bindungsarten und -konzepten!

Beispiel: Elemente der 3. Periode (nur Hauptgruppen) mit jeweils einer charakteristischen Verbindung des entsprechenden binären Systems

NaCl
MgCl2 Na2S
AlCl3 MgS NaP
SiCl4 Al2S3 MgP NaSi
PCl3 SiS2 AlP Mg2Si NaAl
SCl2 P4S6 - - MgAl2 NaMg
Cl2 S8 P4 Si Al Mg Na

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