Ionenstrukturen

Ionenstrukturen sind Feststoffe, deren Kristallgitter aus Ionen unterschiedlicher Ladung besteht und durch elektrostatische Anziehungskräfte zusammengehalten wird. Die regelmäßigen Muster erzeugen ein elektrisch neutrales, möglichst dicht packendes Gitter mit typischerweise hoher Bindungsenergie und hohen Schmelzpunkten.

Zu den bekanntesten Aufbauformen gehören die Halit-Struktur (NaCl): jedes Na+-Ion ist von sechs Cl−-Ionen koordiniert. Die CsCl-Struktur besitzt eine 8-fache Koordination. Zinkblende (ZnS) und Wurtzit zeigen tetraedrale Koordination, jeweils vier Nachbarn. Die Fluorit-Struktur CaF2 hat Ca2+ in einem fcc-Gitter und F−-Ionen in tetraedrischen Löchern; Ca2+ ist achtfach koordiniert. Auch Perowskit-Typen ABX3 sind wichtige Strukturklassen im Bereich der Ionenverbindungen.

Die Stabilität einer Struktur hängt von Größe und Ladung der Ionen ab. Radiusverhältnis, Charge und Temperatur bestimmen, welche Koordination bevorzugt wird. Höhere Ladungen erhöhen die Gitterenergie und beeinflussen Dichte, Schmelzpunkt und Reaktionseigenschaften.

Defekte modifizieren Eigenschaften: Schottky-Defekte bedeuten das gleichzeitige Fehlen von Kationen- und Anionen; Frenkel-Defekte entstehen durch Verschiebung eines Ions in Interstitialräume. Nichtstöchiometrie tritt auf, wenn das Verhältnis der Ionenarten nicht dem stöchiometrischen Bedarf entspricht.

Relevanz: Ionenstrukturen spielen eine zentrale Rolle in Keramiken, Elektrolyten, Batterien und Mineralogie; ihr Verständnis unterstützt Vorhersagen zu Eigenschaften und Verhalten festerer Stoffe.

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