Übung 5 (Metallstrukturen)
1. Metalle kristallisieren häufig in einem kubisch-flächenzentrierten Gitter (kubisches F-Gitter, kubisch dichteste Kugelpackung, „Kupferstruktur“) mit der Gitterkonstante a0. Einige Metalle kristallisieren aber auch in einem kubisch-innenzentrierten Gitter (kubisches I-Gitter, „Wolframstruktur“).
Berechnen Sie die Packungsdichte beider Gitter.
Annahme: Die Atome werden als harte Kugeln angesehen, die sich im Gitter berühren. Die Packungsdichte ist das Verhältnis aus dem Volumen der Kugeln in der Elementarzelle zum Volumen der Elementarzelle.
Beide Elementarzellen können folgendermassen dargestellt werden. Zur besseren Übersicht sind die Atome deutlich verkleinert dargestellt, berechnet werden soll aber der Fall, dass sich die Kugeln berühren.
kubisches I-Gitter kubisches F-Gitter
a0 a0
2. Die Abbildung zeigt zwei übereinander gelagerte dichtest gepackte Kugelebenen. Zeichnen Sie in diese Struktur Oktaeder- und Tetraederlücken ein. Wieviel Oktaeder- und Tetraederlücken besitzt eine dichteste Kugelpackung in einem Volumen aus n Kugeln?
3. Prüfungsaufgabe F2008
Gegeben sind folgende Verbindungen:
GaCl3 [BrF6]−
[SnCl6]2− H3PO4
Ge2H6 PbO2
[XeF5]− NOF
Nehmen Sie an, dass alle Verbindungen in isolierter und molekularer Form vorliegen.
a) Bestimmen Sie die Valenzen und formalen Oxidationszahlen an den Zentralatomen.
b) Zeichnen Sie die Strukturen der Moleküle (VSEPR-Modell).
c) Welche dieser Verbindungen liegt unter Standardbedingungen nicht in isolierter Form sondern in aggregierter Form vor.
4. Prüfungsaufgabe H2008
Es wurde kürzlich berichtet (Angewandte Chemie, 2008), dass die untenstehende Bismutverbindung 1 in der Lage ist, reversibel CO2 zu binden.
Betrachten Sie die Bi-N-Bindung im neutralen (ungeladenen) Molekül 1.
Beide Atome sind über vier polare 2-Zentren-2-Elekronenbindungen an ihre Nachbarn gebunden. Eventuell vorhandene freie Elektronenpaare an N oder Bi sind nicht eingezeichnet!
Bi
N OH
R + CO2 R N Bi O OH
O
1 2
a) Wieviele Valenzelektronen haben N und Bi im atomaren Zustand?
b) Wie hoch ist die Formalladung am N- bzw. am Bi-Atom in 1? c) Geben Sie die formalen Oxidationszahlen von N und Bi an.
d) Bestimmen Sie die Anzahl der nichtbindenden Elektronenpaare an N und Bi.
e) Geben Sie die Valenzen von N und Bi an.
f) Machen Sie mit Hilfe des VSEPR Modells einen Vorschlag für die Koordinationssphäre am Stickstoff und am Bismut.
N Bi Valenzelektronenzahl
Formalladung Oxidationszahl
Anzahl nichtbindende Elektronenpaare Valenz
Koordinationspolyeder
