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Molekülkristalle

Eis

Ein bemerkenswertes Molekülgitter bildet Wasser im festen Zustand: Eis. Die zwischenmolekularen Kräfte sind hier Wasserstoffbrücken. Bei Normaldruck liegt Eis in einer stabilen hexagonalen Modifikation vor.

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Abb.1
Eis im Wasserglas
Abb.2
Struktur von Eis

Im Eis ordnen sich die H2O-Moleküle so an, dass jedes Sauerstoff-Atom von zwei kovalent gebundenen und zwei durch Wasserstoffbrücken koordinierten Sauerstoff-Atomen umgeben ist.Die Sauerstoff-Atome sind nahezu tetraedrisch von den vier Wasserstoff-Atomen koordiniert. Umgekehrt ist jedes Wasserstoff-Atom von zwei Sauerstoff-Atomen koordiniert, eines in geringerer (97 pm) und eines in größerer Entfernung (178 pm).

Abb.3
Abb.4

Kubische Modifikation

Neben der hexagonalen sind von Eis auch andere Modifikationen bekannt. Zum Beispiel bildet H2O unter −22 °C und über 2075.000 hPa eine kubische Modifikation. Die kubische Eismodifikation kristallisiert im β-Cristobalit-Gitter mit der Koordinationszahl 4:2.

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Abb.5
β-Cristobalit-Gitter

Die Anordnung besitzt eine relativ schlechte Raumausnutzung zugunsten einer maximalen Zahl von Wasserstoffbrücken. Die Anordnung der Sauerstoff-Atome entspricht dem Diamant-Gitter. Allerdings sind die Sauerstoff-Atome nicht direkt, sondern jeweils über die Wasserstoff-Atome miteinander verknüpft. Jedes Sauerstoff-Atom ist also von vier Wasserstoff-Atomen umgeben und jedes Wasserstoff-Atom von zwei Sauerstoff-Atomen.

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