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Kristallstrukturen

OberschuleChemieExakte kubische Platzteilungsgeometrie für SC, BCC, FCC, Steinsalz-Ionen und ein hypothetisches Gitter molekularer Zentren

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Über dieses Experiment

Drehen und erweitern Sie eine Elementarzelle, um Ecken, Flächen, Kanten und Plätze im Zellinneren zu untersuchen. Zählen Sie gemeinsam genutzte Teilchen, berechnen Sie Packung und Dichte und unterscheiden Sie zwischen einem Ionengitter und einem Gitter molekularer Zentren.

Lernziele

  • Zählen Sie die anteiligen Beiträge von Randteilchen zu einer Elementarzelle.
  • Setzen Sie den Hartkugelkontakt mit dem Gitterparameter des kubischen Gitters in Beziehung.
  • Unterscheiden Sie in einem Ionenkristall zwischen der Teilchenzahl und der Anzahl der Formeleinheiten.

Anleitung

  1. 1Wählen Sie einen Eck- und einen Flächenplatz im FCC-Gitter aus und vergleichen Sie deren gemeinsame Anteile.
  2. 2Blenden Sie verdeckte Gitterplätze ein und überprüfen Sie die vier effektiv beitragenden Teilchen in der FCC-Zelle.
  3. 3Wechseln Sie zu BCC und vergleichen Sie die Packung mit dem FCC-Ergebnis.
  4. 4Untersuchen Sie die Steinsalzzelle und unterscheiden Sie acht effektiv beitragende Ionen von vier Formeleinheiten.

Das Modell

Ecken, Kanten, Flächen und innere Gitterplätze haben unterschiedliche Anteilfaktoren.
Diese Kontaktbeziehungen gelten für einatomige Hartkugelzellen.
Die Dichte berechnet sich aus der Anzahl der Formeleinheiten pro Zelle und der molaren Masse pro Formeleinheit.

Annahmen

  • Einatomige Strukturen verwenden harte Kugeln. Die Steinsalzzelle besteht aus zwei FCC-Teilgitterstrukturen; ihre Größe verhindert sowohl eine Überlappung gleichartiger Anionen als auch eine Überlappung entgegengesetzt geladener Ionen.
  • Die Moleküloption ist ein hypothetisches einfach kubisches Gitter aus Dimerzentren und keine Aussage über die Struktur eines realen molekularen Festkörpers. Ihr Packungswert für harte Kugeln wird bewusst nicht angegeben.
  • Die visuelle Aufweitung trennt lediglich die Darstellung. Dichte und Kontaktgeometrie werden stets anhand der nicht aufgeweiteten Modellzelle berechnet. Wärmebewegung und Gitterenergien werden nicht berücksichtigt.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Warum trägt eine Kugel an einer Ecke nur ein Achtel bei?
  2. Q2Warum gibt es in einer konventionellen Steinsalzzelle vier Formeleinheiten, aber acht Ionen?

Häufig gestellte Fragen

Bedeutet FCC immer dieselbe chemische Bindung?

Nein. FCC bezeichnet eine geometrische Anordnung. Die Gitterplätze können Atome oder ein Ionenteilgitter darstellen; für die chemische Zusammensetzung sind zusätzliche Informationen erforderlich.

Warum ändert sich der Gitterparameter der Steinsalzstruktur nicht mehr, wenn das Kation sehr klein ist?

Bei einem ausreichend kleinen Kationenradius kommt es im FCC-Gitter der Anionen zum Kontakt zwischen Anionen, bevor sich entgegengesetzt geladene Ionen berühren. Das Modell verwendet den größeren der beiden minimalen Zellabstände.