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Atomkristalle

Raumstruktur

Raumstrukturen (auch Koordinationsstruktur, Gerüststruktur) sind dreidimensional unbegrenzte Gitterverbände mit starken Bindungen. Die Bindungsstärke ist in alle drei Richtungen gleich stark.

Beispiel Diamant

Eine ideale kovalente Raumstruktur liegt im Diamant vor. Deshalb wird dieser Gittertyp auch als Diamant-Struktur bezeichnet (Abb. 2) . Jedes Kohlenstoff-Atom ist tetraedrisch von vier Nachbar-Atomen umgeben, so dass die Kohlenstoff-Atome als sp3 -hybridisiert anzusehen sind. Die dreidimensionale Verknüpfung und die hohe Bindungsenergie der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung haben eine hohe Stabilität des Kristalls zur Folge, was sich in seiner Härte und Beständigkeit gegen thermische Beanspruchung ausdrückt.

Beispiel Zinkblende

Die Zinkblende-Struktur ist mit der Diamant-Struktur eng verwandt. Die Punktlagen sind bei beiden Strukturen die gleichen, in der Zinkblende-Struktur sind allerdings zwei Arten von Gitterbausteinen vorhanden (Zink und Schwefel).

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Abb.2
Diamant, C
Abb.3
Zinkblende, ZnS

Weitere Verbindungen, die in der Diamant-Struktur kristallisieren

In der Diamant-Struktur kristallisieren neben Kohlenstoff und Zinksulfid auch Silicium, Germanium und α-Zinn.

Dem Diamant strukturell sehr ähnlich sind Siliciumcarbid sowie die III/V-Verbindungen (dritte und fünfte Hauptgruppe des Periodensystems) wie AlP, GaAs, InSb. Sie kristallisieren als binäre Verbindungen in der Zinkblende- (Abb. 3) beziehungsweise in der hexagonalen Wurtzit-Struktur. Sie sind kovalent und haben, wie Diamant, die Koordinationszahl vier.

Die strukturelle Ähnlichkeit dieser Verbindungen mit dem Diamant beruht auf der gleichen Gesamtzahl der Valenzelektronen. Das Element der III. Hauptgruppe steuert drei, das der V. Hauptgruppe fünf Valenzelektronen bei. Insgesamt entspricht dies der Valenzelektronenzahl des Kohlenstoffs, der vier Valenzelektronen besitzt.

Literatur

Kühl, O. (August 2012): Allgemeine Chemie. 1. AuflageWiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA , 220, ISBN: 978-3-527-33198-7
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