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, h&auuml;fig liegen Mineral-Namen (Spinell), Entdeckernamen, Ortsbezeichnungen (Perowskit), Eigenschaften, Kristallformen (Tridymit), Spaltbarkeiten, Farben, etc. etc. den Namen zugrunde.

• 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

• Für die kristallographische Ordnung von Strukturen gibt verschiedene Ansätze, z.B. wird z.T. 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).
• 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)

Verschiedene Formelschreibweisen geben auch 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 in Salzen) kann als gebrochene Indizes angedeutet werden (sog. Niggli-Formeln), z.B.
  • SiO_4/2 für Quarz um anzudeuten, dass jedes Si-Atom von vier Sauerstoffatomen umgeben ist, die aber jeweils zu zwei KKPs gehören.

Generelle Zusammenhänge zwischen Basisstrukturen
Die Zusammenhänge zwischen den 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.