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Werkstofftechnik 1 - Eigenschaft und Koordinationszahl einer Ionenbindung

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Werkstofftechnik 1

Eigenschaft und Koordinationszahl einer Ionenbindung

Die Ionenbindung zählt zu den primären Bindungen. Bei dieser Bindungsart sind immer ein metallische und ein nichtmetallisches Atom beteiligt.

Ionenbindung
Ionenbindung

Diese beiden Atome versuchen in einen Edelgaszustand zu gelangen, indem das eine Atom ein oder mehrere Valenzelektronen an das andere Atom abgibt. Ein hierfür bekanntes Beispiel ist das Natriumchlorid, eher bekannt als Kochsalz. Natriumchlorid besteht, wie der Name schon sagt, aus Natrium und Chlor. 

Natriumchlorid, Kochsalz
Natriumchlorid, Kochsalz
Beispielreaktion

Beispiel

Durch die Reaktion wird $ _{11}NA \rightarrow _{11}NA^+ $ durch die Abgabe eines Elektrons zum Kation mit 10 Elektronen in der Außenschale wie beim Edelgas Neon und $ _{17}Cl \rightarrow _{17}Cl^- $ durch die Aufnahme eines Elektrons zum Anion mit 19 Elektronen in der Außenschale wie beim Edelgas Argon. 

Es besteht also eine Anziehung aufgrund der entgegengesetzten Ladung der Ionen. 

Beispielreaktion

Beispiel

Anders verhält sich dies bei der Bildung von Eisenoxid [FeO]. Hierbei erreicht nur das Sauerstoffatom durch die Aufnahme von zwei Elektronen des Eisenatoms die Elektronenzahl des Edelgases Neon mit 10 Elektronen. Das Eisenatom hingegen nicht. 

Merke

Der Begriff Ion stammt aus dem Griechischen und bedeutet das Wandernde. Diese Name ist sehr treffend, da Ionen im elektrischen Feld wandern. So wandert das Anion zur Anode und das Kation zur Kathode.

Koordinationszahl

Die Koordinationszahl beschreibt, wie viele Atome mit einem Atom im gleichen Abstand unmittelbar benachbart sind. Die Bestimmung dieser Zahl erfolgt aus dem Radienverhältnis

$\frac{r}{R} $.

Diese Berechnung ist zulässig, da sich die Radien aufgrund der Abstoßungskräfte nicht überlappen dürfen. In der folgenden Tabelle ist der Geltungsbereich der Radienverhältnisse mit den zugehörigen Koordinationszahlen aufgeführt:

Geltungsbereich der Radienverhältnisse $\frac{r}{R}$ Koordinationszahl KZ
 $ 0 < \frac{r}{R} < 0,155 $  2 [Ebene Bindung]
$ 0,155 < \frac{r}{R} < 0,225 $  3 [Ebenes Dreieck]
$ 0,225 < \frac{r}{R} < 0,414 $  4 [Tetraeder]
$ 0,414 < \frac{r}{R} < 0,732 $  6 [Oktaeder]
$ 0,732 < \frac{r}{R} < 1 $  8 [Würfel]
$ \frac{r}{R} = 1 $ 12 [Kub-Oktaeder]

Merke

Es existieren aber auch Bindungen deren Koordinationszahl 14-16 beträgt bei einem Radienverhältnis von 1. Man spricht hierbei von Harker-Kasper-Polyeder, die intermetallische Phasen aufbauen. 
Übersicht Koordinatenzahlen und Geometrien
Übersicht Koordinatenzahlen und Geometrien