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Ionenkristalle

Silicate

Mehrkernige komplexe Ionen entstehen (zumindest formal) durch Kondensation einkerniger. Die größte Verbindungsklasse stellen hier die in der Natur weit verbreiteten Silicate dar. Das Silicium liegt in den Silicaten stets in der Oxidationszahl +4 vor und ist tetraedrisch von vier Sauerstoffatomen umgeben.

Man unterscheidet Silicate mit begrenzter und unbegrenzter Anionengröße. Das einfachste Silicat mit begrenzter Anionengröße ist ein SiO4 4- -Tetraeder.

Abb.1
Inselsilicate

Mehrkernige Silicate sind über Sauerstoff verknüpft.

Abb.2
Gruppensilicate [ Si 2 O 7 ] 6

Bei höherer Kondensation können auch Ringe gebildet werden:

Abb.3
[ Si 3 O 9 ] 6
Abb.4
[ Si 6 O 18 ] 12

Die Kondensation kann aber auch statt zu Ringen zu Ketten führen. Diese können sich bezüglich des Kettenaufbaus unterscheiden, was zusätzlich zur Möglichkeit des Vorliegens unterschiedlicher Kationen ihre Strukturvielfalt erhöht.

Abb.5
Kettensilicate [ Si 2 O 6 ] 4 (Pyroxen)
Abb.6
Kettensilicate [ Si 3 O 9 ] 4 (Wollastonit)

Die Kondensation zweier Ketten ergibt Silicate mit Bandstruktur.

Abb.7
Bandsilicate [ Si 4 O 11 ] 6 (Amphibole)
Abb.8
Bandsilicate [ Si 2 O 5 ] 2 (Silimanit-Typ)

Kondensieren die SiO4 -Tetraeder über drei ihrer Sauerstoffatome, so entstehen Schichtsilicate mit flächenhafter Ausdehnung.

Abb.9
Schichtsilicate [ Si 4 O 10 ] 4

Eine Kondensation über alle vier Sauerstoffatome der SiO4 -Tetraeder führt schließlich zur Raumstruktur des Siliciumdioxids in einer der Modifikationen Quarz, Tridymit oder Cristobalit.

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Abb.10
β-Cristobalit-Gitter

In Kristallgittern mit Polyanionen gibt das Anion - vor allem dann, wenn es theoretisch unbegrenzt groß ist - weitgehend die Struktur des Kristalls vor. Die Kationen sind in das anionische Gerüst eingelagert. Der Zusammenhalt des Kristalls wird also einerseits durch Ionenbindung Kationen-Anionen und andererseits durch kovalente Bindung innerhalb der Polyanionen bewirkt. Polyanionen sind nicht nur von den Silicaten bekannt, sondern zum Beispiel auch von Phosphaten, Boraten, Chromaten, Molybdaten und Wolframaten.

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