Koordinationszahl - Aufgaben und Übungen Teil 2

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

1) Was versteht man unter der Koordinationszahl?

a) Unter der Koordinationszahl versteht man die Anzahl der direkten Nachbaratome eines Atoms in einer Elementarzelle.

b) Unter der Koordinationszahl versteht man die Anzahl der einzelnen Atome in der sogenannten Verhältnisformel, z.B. NaCl. Ein Na-Atom ist von einem Cl-Atom umgeben.

2) Koordinationszahlen gibt es auch bei Ionenverbindungen (=Salze). Typischerweise treten bei Ionenverbindungen die Koordinationszahlen 4 und 6 auf. Warum kann bei Metallen die Koordinationszahl höher sein?

a) Die Koordinationszahl ist unter anderem vom Radienverhältnis der Atome bzw. Ionen auf den Gitterplätzen abhängig.Da alle Metallatome eines Metalls gleich groß und so eine kubisch-dichteste Kugelpackung möglich ist, sind bei Metallgittern auch Koordinationszahlen von 8 und 12 möglich

b) Die Koordinationszahl ist unter anderem vom Radienverhältnis der Atome bzw. Ionen auf den Gitterplätzen abhängig. Dies gilt auch für Metallgitter, daher ist die Koordinationszahl 6 auch für Metalle die höchstmögliche Koordinationszahl (=> kubische Anordnung)

3) Wie lässt sich ermitteln, welche Koordinationszahl für ein bestimmtes Metall vorliegen?

a) Metalle treten in einer Koordinationszahl von 4 oder 6 auf. Bei einer Koordinationszahl von 4 liegt ein sogenanntes weiches Metall vor (es ist leicht verformbar), während bei einer Koordinationszahl von 6 ein hartes Metall vorliegt (es ist kaum verformbar, z.B. Wolfram)

b) Dazu betrachtet man sich die Elementarzelle des Metallgitters. Aus diesem lässt sich die Koordinationszahl ableiten. Alternativ kann man auch über die Form die Koordinationszahl ableiten (tetraedrisch = 4, oktaedrisch = 6, kubisch = 8).

4) Wenn wir die Kugelpackung des Metalls kennen, können wir Rückschlüsse auf die Koordinationszahl ziehen. Welche Aussage ist richtig?

a) Ja, durch Kenntnis der Kugelpackung kann auch die Koordinationszahl (in der Regel) geschlossen werden. Beispiel: Die kubisch-dichteste Kugelpackung besteht aus einer Schichtenabfolge von vier Schichten (A-B-C-A), wobei die oberste und die unterste Schicht räumlich gleich sind und aufeinander passen. Daher hat bei dieser Kugelpackung jedes Atom 12 Nachbaratome (Koordinationszahl = 12).

b) Nein, aus der vorliegenden Kugelpackung eines Metalls bzw. Metallgitters können keine Rückschlüsse auf die Koordinationszahl gezogen werden

5) In einem anderen Kapitel waren Fragen über Gitterzellen. Den einfachsten Zelltyp, den man kennt, ist die sogenannte kubisch, primitive Zelle. Dabei wird Elementarzelle dieses Gittertyps als Würfel dargestellt, an dessen Ecken je ein Atom positioniert wird (= 8 Atome). Wie kann ein Metallgitter eine Koordination von über 8 haben?

a) Es gibt kein Metallgitter bzw kein Metall, dass eine höhere Koordinationszahl als 8 hat. Die kubische Anordnung von Atomen in einem Gitter hat die höchste Symmetrie, mehr Atome können um ein anderes Atom nicht mehr angeordnet werden.

b) Die kubisch, primitive Zelle ist die einfachste Form einer Elementarzelle eines Metallgitters, bei der sich in jedem Eck des Gitters ein Atom befindet. Darüber hinaus ist es möglich, dass beispielsweise in der Mitte der kubischen Anordnung von Atomen (würfelförmig) jeweils ein weiteres Atom in den Flächenmitten positioniert ist (=> kubisch-flächenzentriertes Gitter). In diesem Fall ist die Koordinationszahl größer als 8.

6) Aus der Koordinationszahl in einer Elementarzelle kann auch die sogenannte Packungsdichte berechnet werden. Welches Gitter hat die größte Packungsdichte der nachfolgenden 3 Packungen?

a) Die größte Packungsdichte hat die kubisch dichteste Kugelpackung bei der zusätzlich an den Flächenmitten Atome positioniert sind, das sogenannte kubisch-flächenzentrierte Gitter (kubisch-primitives Gitter Packungsdichte = 0,52, Kubisch-raumzentriertes Gitter Packungsdichte = 0,68, Kubisch-flächenzentriertes Gitter Packungsdichte =0,74)

b) Die größte Packungsdichte hat die kubisch dichteste Kugelpackung bei der die Atome kubisch angeordnet sind (weitere Atome würden das Radienverhältnis ändern, so das keine dichteste Packung mehr vorliegt), das sogenannte kubisch-primitive Gitter (kubisch-primitives Gitter Packungsdichte = 0,92, Kubisch-raumzentriertes Gitter Packungsdichte = 0,88, Kubisch-flächenzentriertes Gitter Packungsdichte =0,74)

7) Welche Aussage zu Kugelpackungen und Koordinationszahl ist richtig?

a) Aus der Struktur des Metallgitters können wir die Koordinationszahl ermitteln. Dabei beträgt die Koordinationszahl bei einer kubisch-flächenzentrierten Struktur 12 und bei einer kubisch-raumzentrierten Struktur 8.

b) Aus der Struktur des Metallgitters können wir die Koordinationszahl ermitteln. Dabei beträgt die Koordinationszahl bei einer kubisch-flächenzentrierten Struktur 8 und bei einer kubisch-raumzentrierten Struktur 12.

Test – Koordinationszahl (bei Metallen) 2

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