Heutzutage ist Ionenradius zu einem Thema von großer gesellschaftlicher Relevanz geworden. Seit seiner Entstehung hat Ionenradius in verschiedenen Bereichen Interesse und Debatten geweckt und zu widersprüchlichen Meinungen und tiefgreifenden Analysen geführt. Seine Auswirkungen sind nicht auf einen einzelnen Sektor beschränkt, sondern haben verschiedene Aspekte des täglichen Lebens durchdrungen und alles von der Politik bis zur Populärkultur beeinflusst. Aus diesem Grund ist es wichtig, sich eingehender mit der Bedeutung und den Auswirkungen von Ionenradius zu befassen, um seinen wahren Umfang zu verstehen und seine langfristigen Folgen angehen zu können. In diesem Artikel werden wir die verschiedenen Dimensionen von Ionenradius sowie seine Auswirkungen auf die heutige Gesellschaft im Detail untersuchen.
Der Ionenradius bezeichnet die effektive Größe eines einatomigen Ions in einem Ionengitter. Dabei wird vereinfachend angenommen, dass es sich um starre Kugeln handelt, deren Radien unabhängig vom Partner in der Ionenverbindung sind (sofern die Koordinationszahl gleich bleibt).
Um die Ionenradien zu ermitteln, bestimmt man zunächst die Abstände der im Kristallgitter auftretenden Ionen. Aus diesen Kationen-Anionen-Abständen erhält man zunächst die Radiensumme für verschiedene Ionenkombinationen. Damit die Radien der einzelnen Ionen bestimmt werden können, muss der Radius wenigstens eines beteiligten Ions unabhängig bekannt sein.
Pauling hat den Wert von 140 pm für ein O2−-Ion theoretisch bestimmt; dieser und die damit ermittelten weiteren Ionenradien gelten für die Koordinationszahl 6.
Ion | Ionenradius in pm |
---|---|
H− | 154 |
F− | 133 |
Cl− | 181 |
O2− | 140 |
S2− | 184 |
Li+ | 76 |
Na+ | 102 |
K+ | 138 |
NH4+ | 143 |
Cu+ | 77 |
Ag+ | 115 |
Au+ | 137 |
Ionenradien stehen mit Atomradien und Ladungen in folgendem Zusammenhang:
Kationen sind daher immer kleiner als die Anionen derselben Periode. Einige Kationen (K+, Rb+, Cs+, NH4+, Ba2+) sind jedoch größer als das insgesamt kleinste Anion F−.
Für Ionen der Übergangsmetalle hängt der Radius außerdem vom Spin-Zustand ab (Ligandenfeldtheorie).
Die Ionenradien stehen immer im direkten Zusammenhang mit der Koordinationszahl, d. h. mit der Anzahl der benachbarten Ionen: erhöht sich diese, so erhöhen sich auch die Abstoßungskräfte zwischen den Elektronenhüllen der Ionen, als Folge hieraus nimmt der Gleichgewichtsabstand zu.
Aus experimentell bestimmten Ionenradien ergibt sich, dass die relativen Änderungen der einzelnen Ionen individuell sind und man nur eine mittlere Näherung angeben kann:
Koordinationszahl | 8 | 6 | 4 |
---|---|---|---|
Ionenradius | 1,1 | 1,0 | 0,8 |
Die Tabelle zeigt, dass sich die Ionenradien von ein und demselben Ion verhalten wie 1,1:1,0:0,8 für die Koordinationszahlen 8, 6, 4. Daraus lässt sich schlussfolgern, dass sich die Ionenradien aus dem Gleichgewichtsabstand in einem Kristall ergeben und das Bild einer starren Kugel für ein isoliertes Ion nicht zutrifft.
Ein Ion verhält sich in verschiedenen Verbindungen also nur dann als starre Kugel mit annähernd konstantem Radius, wenn sich die Koordinationszahl nicht verändert.
Das Verhältnis der Ionenradien von Kationen/Anionen bestimmt, von wie vielen anderen Ionen sie jeweils umgeben sind (Koordinationszahl), und damit u. a. auch die Kristallstruktur bzw. den Kristallstrukturtyp.