Ionengitter

Unter einem Ionenkristall oder Ionengitter versteht man in der Chemie und der Festkörperphysik die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen eines homogenen Stoffes im festen Zustand. Der Zusammenhalt des Gitterverbandes erfolgt durch die Ionenbindung. Die bekanntesten Beispiele für Kristalle mit kubischer Gitterstruktur sind Ionenkristalle: Caesiumchlorid für die kubisch primitive und Natriumchlorid-Gitter (Kochsalz) für die kubisch-flächenzentrierte Struktur.

Struktur

Die Struktur der Ionengitter hängt zum einen vom Größenverhältnis der Ionen, zum anderen vom Ladungsverhältnis ab.

Stoffname	Verhältnisformel	Kation	Anion	Koordination		Kristallsystem	weitere Beispiele
Sphalerit	ZnS	Zn²⁺	S^2-	4:4	Jedes Zink-Kation ist tetraedrisch von 4 Sulfid-Anionen umgeben, jedes Sulfid-Anion ebenfalls tetreadrisch von 4 Zink-Kationen.	kubisch	CuCl, CuBr, CuI, AgI, BeS, HgS
Wurzit	ZnS	Zn²⁺	S^2-	4:4		hexagonal	NH4F, BeO, ZnO, CdS
Rutil	TiO₂	Ti⁴⁺	O^2-	6:3	Jedes Titan-Kation ist verzerrt oktaedrisch von 6 Oxid-Ionen umgeben, jedes Oxid-Ion planar von 3 Titan-Kationen. Hier liegt der Bindungscharakter zwischen einer Ionen- und einer Atombindung	tetragonal	SnO₂. MgF₂, PbO₂
Natriumchlorid	NaCl	Na⁺	Cl^-	6:6		kubisch	NaF, KF, AgF, KCl, AgCl, NH₄Cl, NaBr, KBr, AgBr, NaI, KI, MaH,KH, MgO, CaO, SrO, BaO, FeO, CoO, NiO, MgS, CaS, MnS, PbS
Calciumfluorid (Fluorit)	CaF₂	Ca²⁺	F^-	8:4	Jedes Calcium-Kation ist von 8 Fluorid-Ionen würfelförmig umgeben, jedes Fluorid-Ion tetraedrisch von 4 Calcium-Kationen.	kubisch	PbF₂, BaF₂, SrCl₂, CdF₂; Antifluorit-Struktur: Li₂O, Na₂O, K₂O
Caesiumchlorid	CsCl	Cs⁺	Cl^-	8:8		kubisch	NH₄Cl, TiCl, CsBr, NH₄Br, TlBr, CsI, NH₄I,TlI
Kaliumnitrat	KNO₃	K⁺	NO₃^-			orthorhombisch
Calcit (Kalkspat)	CaCO₃	Ca²⁺	CO₃^2-			trigonal
Natriumchlorat	NaClO₃	Na⁺	ClO₃^-			monoklin
Kupfersulfat	CuSO₄	Cu²⁺	SO₄^2-			triklin

Die Koordination gibt an, wie viel Anionen ein Kation umgeben und wie viel Kationen ein Anion umgeben. Die Elementarzelle beschreibt die kleinste geometrische Einheit eines Gitters und legt das Kristallsystem fest. Die Elementarzelle reicht aus, um die gesamte Geometrie und Symmetrie der Kristallstruktur zu beschreiben.

Sonderformen

Bei der so genannten Antifluorit-Struktur sind die Position der Anionen und Kationen miteinander vertauscht.

Ionengitter können auch stöchiometrischen Mengen kleiner Moleküle in den Gitterlücken enthalten (zum Beispiel Kristallwasser).

Schichtengitter:

Orthoborsäure H₃BO₃ ist ein planares Molekül. Im festen Zustand bilden diese Moleküle untereinander Wasserstoffbrücken aus, so dass ein zweidimensionales Blatt entsteht. Diese Blätter sind übereinander gestapelt. Der Zusammenhalt zwischen den Schichten erfolgt durch Van-der-Waals-Wechselwirkung.

Sandwich-Gitter:

Bei Cadmiumiodid CdI₂ und Cadmiumchlorid CdCl₂ liegt eine Kationenschicht zwischen zwei Anionenschichten. Die Anziehungskräfte zwischen den Schichten sind relativ schwach. Diese Dreierlagen können auf zwei Arten übereinander gestapelt sein: ABAB... wie CdI₂, Mg(OH)₂ und PbI₂ oder ABCABC… wie CdCl₂, FeCl₂ und MgCl₂.