Die Fluoritstruktur ist ein häufiges Strukturmotiv für Verbindungen der Formel MX₂ . [ 1 ] [ 2 ] Die X-Ionen besetzen die acht tetraedrischen Zwischengitterplätze, während die M-Ionen die regulären Gitterplätze einer kubisch-flächenzentrierten (kfz) Struktur einnehmen. Viele Verbindungen, insbesondere das häufig vorkommende Mineral Fluorit (CaF₂ ) , weisen diese Struktur auf.

Viele Verbindungen der Formel M₂X besitzen eine Antifluoritstruktur . In diesen Verbindungen sind die Positionen der Anionen und Kationen im Vergleich zur Fluoritstruktur ( Antistruktur ) umgekehrt: Die Anionen besetzen die regulären kubisch-flächenzentrierten Gitterplätze, während die Kationen die tetraedrischen Zwischengitterplätze einnehmen. Beispielsweise besitzt Magnesiumsilicid (Mg₂Si ) eine Gitterkonstante von 6,338 Å, wobei die Magnesiumkationen die tetraedrischen Zwischengitterplätze besetzen. Jedes Silicid-Anion ist dabei tetraedrisch von acht Magnesiumkationen und jedes Magnesiumkation von vier Silicid-Anionen umgeben. [ 3 ]

  • Die Fluoritstruktur von Calciumfluorid CaF2.[3]
    Die Fluoritstruktur von Calciumfluorid CaF 2 . [ 3 ]
  • Die Antifluoritstruktur von Magnesiumsilicid Mg2Si.[3]
    Die Antifluoritstruktur von Magnesiumsilicid Mg 2 Si. [ 3 ]
Ausgewählte Materialien mit Fluorit- und Antifluoritstrukturen bei 300 K [ 3 ]
MaterialGitterkonstante (Å)Kristallstruktur
BaF 26.196Fluorit (FCC)
β - PbF 25,94Fluorit (FCC)
PuO 25,399Fluorit (FCC)
SrF 25,7996Fluorit (FCC)
UO 25,47065Fluorit (FCC)
CaF 25,463Fluorit (FCC)
ZrO 25.14Fluorit (FCC)
LaOF-Fluorit (FCC)
K₂O​​6,449Antifluorit (FCC)
K 2 S7.406Antifluorit (FCC)
Li₂O​​4,61Antifluorit (FCC)
Na₂O​​5,55Antifluorit (FCC)
Na 2 S6,54Antifluorit (FCC)
Rb 2 O6,74Antifluorit (FCC)
Mg 2 Si6,338Antifluorit (FCC)

Calciumfluorid-Beispiel

Die Kristallographie ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Untersuchung der Strukturen kristalliner Materialien. Das Verständnis der Kristallstruktur ist wichtig, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen herzustellen. Diese Beziehungen helfen, das Verhalten kristalliner Materialien vorherzusagen und ihre Eigenschaften gezielt einzustellen. Calciumfluorid ist ein klassisches Beispiel für einen Kristall mit Fluoritstruktur. Kristallographische Informationen lassen sich mittels Röntgenbeugung gewinnen und liefern Aufschluss über die Verteilung der Elektronendichte innerhalb einer Kristallstruktur. Mit moderner Software wie Olex2 [ 4 ] kann die Kristallstruktur aus den kristallographischen Ausgabedateien bestimmt werden.

  • Erweiterte Kristallstruktur von Calciumfluorid, die einen oktaedrischen Kristall zeigt.
    Erweiterte Kristallstruktur von Calciumfluorid, die einen oktaedrischen Kristall zeigt.

Ansichten der Calciumfluorid-Kristallstruktur

Im Calciumfluorid sind die Calcium-Kationen von Fluor-Anionen umgeben, die die Tetraederlücken besetzen. Das Koordinationsverhältnis (Fluor zu Calcium) beträgt 8:4. Dieses Verhältnis entspricht der Stöchiometrie der Verbindung, in der das Verhältnis von Fluor zu Calcium 2:1 beträgt. Man kann sich diese Anordnung als kubische Anordnung von Anionen vorstellen, die die Calcium-Kationen umgeben.

  • Visualisierung von Calciumfluorid durch kubische Eckpunktteilung. Calcium in Blau, Fluor in Grün.
    Visualisierung von Calciumfluorid durch kubische Eckpunktteilung. Calcium in Blau, Fluor in Grün.
  • Kubische Eckenteilung visualisiert entlang einer separaten Achse.
    Kubische Eckenteilung visualisiert entlang einer separaten Achse.

Erweiterte Fluoritstruktur

Jenseits der Grundzelle setzt sich die erweiterte Kristallstruktur von Fluorit in einer flächenzentrierten kubischen (fcc) Packungsstruktur (auch als kubisch dichteste Kugelpackung oder ccp bekannt) fort. [ 5 ] Dieses Muster der Kugelpackung folgt einem ABC-Muster, wobei jede aufeinanderfolgende Kugelschicht auf der benachbarten Lücke des Kristallgitters liegt. Im Gegensatz dazu sind hexagonal dichteste Kugelpackungen (hcp) nacheinander in einem ABAB-Muster angeordnet. Diese beiden Packungsarten stellen die dichtesten Formen der Kugelpackung dar. [ 6 ]

  • Erweiterte Kristallstapelstruktur von Calciumfluorid; die Elementarzelle wurde um eine Einheit von 3 erweitert.
    Erweiterte Kristallstapelstruktur von Calciumfluorid; die Elementarzelle wurde um eine Einheit von 3 erweitert.
  • Ansicht der erweiterten Packungsstruktur von Calciumfluorid entlang einer separaten Achse; vergrößerte Elementarzelle.
    Ansicht der erweiterten Packungsstruktur von Calciumfluorid entlang einer separaten Achse; vergrößerte Elementarzelle.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (Hrsg.), Anorganische Chemie , übersetzt von Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
  2. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemie der Elemente (2. Aufl.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8Die
  3. ^ a b c d Rizescu, Costel; Rizescu, Mihaela (2018). Struktur kristalliner Festkörper, Imperfektionen und Defekte in Kristallen (1. Aufl.). Parker, TX: Shutter Waves. ISBN 978-1-947641-17-4Abgerufen am 29. Januar 2020 .
  4. ^ "OlexSys" . OlexSys .
  5. ^ Shriver et al. (Januar 2014). Anorganische Chemie (6. Aufl.). Oxford University Press. ISBN 978-1-4292-9906-0Die
  6. ^ Redwing, Ronald. „Flächenzentrierte kubische Struktur (FCC)“ . Die Pennsylvania State University .