Übung 5 (Metallstrukturen)
Tipp: C. Housecroft, „Anorganische Chemie“ (2.Auflage), Kap.5
1. Geben Sie die Koordinationszahl einer Kugel in folgenden Anordnungen an:
a) kdp b) hdp
c) kubisch-raumzentriert d) kubisch-flächenzentriert e) kubisch-primitiv
2. Mit Ausnahme von Quecksilber sind alle Metalle bei 298 K fest. Die Aussage, dass alle Metalle ausser Hg bei Raumtemperatur fest sind, stimmt hingegen nicht immer. Warum?
3. Erklären Sie, warum die Zinnknöpfe von Militäruniformen im 19.Jh. in besonders kalten Wintern zerfielen. Gleiches gilt auch für Zinn-Orgelpfeifen in kalten Kirchen. Wie heisst die Erscheinung, auf der der Effekt beruht?
4. 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
5. Natrium kristallisiert kubisch-innenzentriert. Die Kantenlänge der Elementar- zelle beträgt 430 pm. Welchen metallischen Atomradius hat ein Na-Atom?
Welche Dichte hat kristallines Natrium?
6. 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
