7.2. Strukturtypen – Überblick

Zwei Definitionen

Kristallstruktur – In Kristallen sind die Atome oder Ionen regelmäßig angeordnet. Für diese regelmäßige Anordnung gibt es viele Möglichkeiten. Die Anordnung der Atome oder Ionen im Kristall eines Stoffes nennt man die Kristallstruktur dieses Stoffes.

Strukturtyp – Oft haben Stoffe dieselbe Kristallstruktur. Das heißt, Atome oder Ionen eines Elements werden durch solche eines anderen Elements ersetzt. Solche Stoffe mit gleicher Kristallstruktur fasst man zu einem Strukturtyp zusammen.

Der Begriff des Strukturtyps ist zentral für die folgenden Abschnitte. Er hilft, die Vielfalt der Kristallstrukturen zu ordnen, Zusammenhänge zwischen ihnen aufzuzeigen und so Übersichtlichkeit in dieses umfangreiche Gebiet zu bringen.

 

7.2.1. Strukturtypen in diesem Kapitel

dichteste Kugelpackungen
binäre Strukturtypen

 

Zusatzinfo
weitere Kristallstrukturen

7.2.2. Informationen zu Strukturtypen

Isotypie – Haben 2 Stoffe denselben Strukturtyp, dann hat ihre Elementarzelle dieselben Winkel zwischen ihren Achsen und dieselben Achsenverhältnisse (und damit dieselben Symmetrieeigenschaften). Außerdem sind die Atome oder Ionen an den gleichen Stellen der Elementarzelle (sie haben also dieselben Kristallkoordinaten). Jedoch kann die Elementarzelle in alle 3 Achsenrichtungen gleichmäßig vergrößert oder verkleinert (gestreckt oder gestaucht) sein.

Kleine Abweichungen bei Winkeln, Achsenverhältnissen und Atompositionen sind im gleichen Strukturtyp erlaubt. Diese Abweichungen dürfen jedoch nicht dazu führen, dass Symmetrieelemente verloren gehen (oder neu dazu kommen).

Man nennt Stoffe des gleichen Strukturtyps isotyp (engl. isostructural).

Beschreibung – Wie beschreibt man eigentlich die Kristallstruktur eines Stoffes am besten ? Mit Worten ? Oder mit Bildern, oder mathematisch ? Es gibt viele Möglichkeiten, angepasst an die jeweilige Aufgabe.

Überstrukturen – Manchmal stehen Kristallstrukturen in einem besonders engen Zusammenhang. Man kann sich vorstellen, dass die eine aus der anderen hervorgegangen ist, indem einige Atome oder Ionen nach bestimmten Regeln ersetzt wurden. Man spricht dann von Überstrukturen.

7.2.3. Wie viele gibt es ?

Viele. Darunter sind sehr wichtige, weniger wichtige und ziemlich exotische. Mehr als 50 Strukturtypen findet man zum Beispiel in diesen Lehrbüchern :

7.2.4. Großgruppen von Strukturtypen

Die grundlegendsten Strukturtypen sind diejenigen, bei denen nur eine einzige Sorte von Atomen (zum Beispiel Metallatome oder Edelgasatome) im Kristall vorhanden ist. Dazu gehören die beiden dichtesten Kugelpackungen. Jedoch können Metalle auch anders als in dichtesten Kugelpackungen kristallisieren.

Bei anderen Strukturtypen kommen 2 Sorten von Atomen oder Ionen im Kristall vor. Man nennt sie binäre Strukturtypen. Die davon abgeleiteten Kristallstrukturen heißen binäre Strukturen. Viele dieser binären Kristallstrukturen kann man gut verstehen, wenn man sich vorstellt, dass Tetraeder– oder Oktaederlücken einer dichtesten Kugelpackung von anderen Atomen oder Ionen besetzt werden.

Strukturtypen und Kristallstrukturen, die aus 3 oder mehr Sorten von Atomen oder Ionen bestehen, finden Sie nur vereinzelt im Projekt.

 

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