Chemie


M. H.
Diese Lernkarten decken fortgeschrittene Konzepte der Festkörperchemie ab, die für Universitätsstudenten relevant sind. Sie behandeln Themen wie die Struktur von Kristallen, Bindungstypen, Symmetriegruppen und die Bestimmung von Atomradien. Die Karteikarten erklären auch die Anwendung von Modellen wie dem Sanderson-Modell für kovalente polare Bindungen und die Zintl-Klemm-Konzept. Studierende der Materialwissenschaften und Festkörperphysik profitieren von diesen Karten, um ein tiefes Verständnis der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Festkörpern zu erlangen.
Karten
26
Lernende
1
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
07.08.2014 / 07.09.2014

Lernkarten

Was ist Strukturchemie

Teil der Festkörperchemie

Lehre vom räumlichen Aufbau chem. Verbindung

Aufgaben der Struckturchemie?

- Ermittlung der Atomanordnung

- Beschreibung der Atomanordnung

- Systematik der auftretenden Strukturtypen

- Aufzeichnung der Verwandtschaften zwischen den Atomanordnungen

- Erklärung der Ursachen der Atomanordnung = Bindungsanalyse

- Analyse der Zusammenhänge zw. den Atomanordnungen und dere Eigenschaften

Was ist Symmetrie?

-Invarianz der Objekte bzgl. Transformationen im Parameter-Raum

- kristallographische Symmetrie: Eigenschaft geom. Figuren in verschiedenen Lagen mit sich selbst zur Deckung zu kommen

- Gleichheit (Kongruenz)  und Deckung (Drehung, Spiegelung, Translation) unterscheidung in physikalisch 1.Art und nicht physikatisch 2. Art (Translation, Rotation, Inversion)

-

Was ist eine Symmetriegruppe?

Stimmen Assoziativgesetz, Einzelelement und Inversität

gn: F[gn(x,y,z)] = F[(x1, y1, z1)

Wie werden Symmetriegruppen G geordnet?

- nach Dimensionalität m (Anzahl Dimensionen)

- Periodizität n der dazugehörigen geometrischen Räume (wie viele Dimensionen periodisch sind)

- Bezeichnung Symmetriegruppe Gmn n<m oder n=m

- kristallographische Gruppen enthalten nur Symmetrieoperationen die Periodizität nicht zerstören

 

Symmetriegruppen

G10 abschnitt- Gruppen, Anfang und Ende (Stück einer Linie): 2

G11 Linien Gruppen, unendliche Linie, periodische Wdh von Abschnitten: 2

G20 Polygonengruppe, Fläche mit begrenztem Ende: 10

G21 bordüren Gruppe. Fläche in einer Richtung unendlich: 7

G22 Planare Gruppe: Fläche in allen Richtungen unendlich: 17

G30 Punktgruppe, Körper begrenzt: 32

G31 Zylinder Gruppe unendlich viele Schichten eines Körpers: 75

G32 Schicht Gruppen Körper in 2 Richtungen unedlich: 80

G33 Raumgruppen ausdehnung 3D : 230

insgesamt: 455

Erlaubte Symmetrieoperationen im G21

 

Translation t1

Spiegelung m II t1

Spiegelung m senkrecht t1

Inversion (Drehung um 180°)

Gleitspiegeln g II t1

thermodynamisches Potential

mit Hilfe eines thermodyn Potentials können alle therodyn. Eigenschaften eines Systems berechnet werden

TdS= d(TS)- Sdt

pdV = d(pV)- Vdp

innere Energie: dU= d(TS)- SdT- pdV

Enthalpie: dH = TdS + Vdp

Freie Energie: dF = -SdT-pdV

Freie Enthalpie: dG = -SdT + Vdp

freie Enthalpie

G = H- TS

im gleichgewicht ist dG =0

dG< 0  laufen Reaktionen freiwillig ab

was sind die zwei Gesichter der Symmetrie?

Gleichheit (Kongruenz) (mathematisch?)

Deckung (Drehung, Spiegelung, Translation)

(Unterschiede zw physikalischen und nicht physikalischen Bewegungen?)

Auswahlkriterien für Koordinatensystem im Gitter

- maximale Anzahl gerader Winkel

- maximale Anzahl  gleicher ranlationen

- die kürzesten a1, a2, a3 mmit minimaler Knotenanzahl

7 Koordinatensysteme

- triklin: a1 ungleich a2 ungleich a3 , alpha ungleich betha ungleich gamma

- monoklin: a1 ungleich a2 ungleich a3, alpha = gamma =90° , ungleich betha

- orthorhombsich: a1 ungleich a2 ungleich a3, aplph = betha = gamma = 90°

- hexagonal: a1 = a2 ungleich a3, alpha =betha =90° gamma =120°

- trigonal: a1=a2=a3, alpha= betha= gamma ungleich 90°

- tetragonal: a1 = a2 ungleich a3, alle Winkel 90°

- kubisch: a1 =a2 =a3, alle Winkel 90°

Punktgruppen

- Beschreibung der Symmetrie von Molekülen, Koordinationspolyeder der Atome in Kristallstrukturen

- unitar: keine Symmetrie

- Inversion (Drehung und Spiegelung)

- Spiegelung

- Drehachse (360/ Winkel z.B. 360/180 = 2 → zweizählige Achse

- 3 zählige Achse mit Spiegeleben = sechszählig mit Inversionszentrum

- Schreibweisen Hermann- Maugin oder Schönflies

Raumgruppen

- können alle Symmetrieelemente der Punktgruppen enthalten

- neue Elemente: Gleitspiegelebenen, Schraubenachsen (Kombination von Spiegelung bzw. Drehung mit Translation)

Bravais Gruppen

Translationsgruppen mit Berücksichtigung der maximal mgl. Punktsymmetrie im gegebenen Kristallsystem

Kriterien: - maximal Anzahl der geraden Winkel

- max. Anzahl gleicher Translationen

- max. mgl. Punktsymmetrie der Knoten

- kürzeste t1, t2, t3 mit min. Knotenanzahl

wichig Beibehaltung der Punktsymmetrie

- Primitiv: triklin, Monoklin, orthorhombisch, trigonal, tertagonal hexagonal, kubisch

- Basiszentriert: Monoklin, orthorhombisch

. Innenzentriert, kubisch, tetragonal, orthorombisch

- Flächenzentriert: orthorhombisch, kubisch

Internationale Symbole für Raumgruppen

- Kristallsystem, Bravaisgruppe, Position 2-4 je nach vorkommen Vorhandene Symmetrieelemente (x, y, z- Achse) (d- Gleitspiegelebene)

Bestimmung der Radien von Atomen

- können nicht direkt bestimmt werden

- bei normal Bedingungen von Elementkristallstruktur abgeleitet ra = d/2

- Atomradius von Koordinationszahl abhänig

- metallische und kovalente Radien

- Inonische Radien: kationenradius< Anionenradius

Was sind Volumeninremente?

- charakt. Volumen für bestimmte Elemente, anhängig von KZ

- metallische und kovalente Inkremente sind nicht genau definierbar

- sind für Verbindungen mit überwiegend kovalenten Wechselwirkungen relativ stabil, nicht aber für intermetallische Verbindungen

Wie kann das Volumeninkrement bestimmt werden?

über die Vegardsche Regel mit Erweiterung

- Annahme linearer Zusammen zw. Zusammensetzung A +B  bei Berücksichtigung der Anteile Abweichung

funktioniert nur bei geringen Konzentrationen und linearer Abhängigkeit der Atomvolumina

- Lösung: Elektronendicheverteilung Stelle an der Gradient = 0  ist Grenze der Atome

Ionische Strukturen

- Ionen. geladene, elasische und polarisierbare Kugeln ( Ladungen müssen nicht homogen verteilt sein)

- Ionische Strukturen werden durch elektrstat. Kräfte zusammen gehalten

- max. Gitterenergie durch max. Koordinationszahl und Kontakt zw. Kationen- und anionen Kugeln

- gleich Inoen mgl weit voneinander weg

 - lokale elek. stat. Neutralität (von außen)

Radienverhältnise für ionische Strukturen

- CsCl- Typ: 0,732

- NaCl- Typ: 0,414 (z.b. LiX oder RbX ...mit Abweichung)

- ZnS sph- Typ: 0,225 ( keine Metallhallogenide bekannt)

Gitterenergie für Kristallstrukturen

- von vier Energien abhängig: Coulombenergie, Abstoßungsenergie, Dispersionsenergie, Nullpunktenergie

 - meisten Einfluss Coulomb (Radienabhänig r^3

Kovalente polare Bindung

- mit abnehmender Elektronegativität nimmt Kovalenz zu

- Elektronegativität: Eigenschaft der Atome Valenzelektronen anzuziehen

- beschreibt Übergang von ionischer zu kovalenter Struktur

Bsp. AlF3, AlCl3, AlBr3, AlI3

Sanderson Modell für kovalente polare Bindungen

- effek. Kernladungszahl eines Atoms ist die pos. Ladung, die auf ein Fremdelek. wirkt

- effekt. Ladung beeinflusst Atomradien

r eff = r cov + B*delta  B= Kaonstante, delta= partielle Ladung

 

Zintel - Klemm Konzept

Bildung stab. (8.  Regel)

- e- der Kationen werden im Anion für Bindung der 2 zentren 2 elektronen Bindung verwendet

- Kovalente Bindung: teilnehmende Atome benutzen Teil der e- gemeinsam

- Zintl-Linie: zw. 3 und 4 HG trennt rechts: stöchiometrisch aufgebaute, salzartige Verbindungen, links legierungsartige Zintelphasen, Stöchiometrie nicht genau Festgelegt

Wade Mingos Regel

- Wie viele Atome braucht man um Verbindung zu stabilisieren?

-  feste Netzwerkelektronenzahl

- 3 Elektronen 2 Zentren Bindung mgl z.b CaB6

- je geschlossener die Gruppe desto weniger e- für Stabilität

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