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Strukturen des anionischen Teils der Zintl-Phasen
Bei der Herleitung der Strukturen des anionischen Teils in Zintl-Phasen verwendet man, wie richtig erwähnt, die Valenzelektronenkonfigurationen (VEC) der beteiligten Elemente. Die von Ihnen beschriebene Methode zur Berechnung der VEC für die Anionen ist grundsätzlich korrekt, dennoch scheint es bei Ihren Berechnungen zu Fehlern gekommen zu sein, insbesondere bei der Bestimmung der Elektronenanzahl der Anionen und der Interpretation der VEC-Ergebnisse.
Lassen Sie uns dies korrigieren und die anionischen Strukturen für Ihre Beispiele herleiten:
(i) \(Ba_3As_4\):
Die Elektronegativität von Barium (Ba) ist niedriger als die von Arsen (As), was bedeutet, dass Ba seine Valenzelektronen an As abgibt. Ba hat 2 Valenzelektronen, und As hat 5.
Die VEC-Berechnung sollte wie folgt aussehen:
\(VEC_A = \frac{(e_C \cdot m + e_A \cdot n)}{n}\)
Wobei \(e_C\) und \(e_A\) die Anzahl der Valenzelektronen des Kations bzw. des Anions bezeichnen, \(m\) und \(n\) sind die jeweiligen Anzahlen der Kationen und Anionen in der Verbindung.
Für \(Ba_3As_4\) berechnen wir also:
\(VEC_A = \frac{(2 \cdot 3 + 5 \cdot 4)}{4} = \frac{(6 + 20)}{4} = \frac{26}{4} = 6,5\)
Das VEC_A von 6,5 bedeutet, dass nicht in allen As-As-Bindungen eine vollständige Oktettregel erfüllt wird, was darauf hinweist, dass eine gewisse Struktur vorhanden sein muss, die mit 1,5 zusätzlichen Elektronen pro As umgeht. In Wirklichkeit bedeutet hier der Bruchteil 1,5, dass man in einem durchschnittlichen Sinn über Polyederstrukturen denkt, aber tatsächlich müssen wir hier ein ganzes Bild für die Struktur erzeugen, in dem alle Elektronen korrekt auf die Bindungen aufgeteilt werden.
Für \(Ba_3As_4\) muss man jedoch die tatsächlichen kristallinen und molekularen Strukturen von Arsenide beachten, die solche Bruchteilsergebnisse in praktischen, räumlich angeordneten Strukturen realisieren.
(ii) \(Ba_5Si_3\):
Für \(Ba_5Si_3\), unter der Annahme, dass Barium wieder alle seine Valenzelektronen (2) an Silizium (Si) abgibt, das 4 Valenzelektronen besitzt:
\(VEC_A = \frac{(2*5+4*3)}{3} = \frac{(10+12)}{3} = \frac{22}{3} = 7,\overline{3}\)
Auch hier wurde eine fehlerhafte Interpretation der Elektronenkonfiguration vorgenommen, und es scheint, als hätte ich mich in der Interpretation Ihrer Berechnung geirrt: Die korrekte Anzahl von Valenzelektronen für Si ist 4, nicht 5, was bereits in Ihrer Berechnung berücksichtigt wurde.
Die Interpretation solcher Bruchwerte ist komplex, da eine rein zahlenmäßige Berechnung nicht direkt eine Struktur vorhersagt. Für \(Ba_5Si_3\) impliziert ein VEC_A von über 7, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass einfache Si-Si-Bindungen eine komplette Struktur erklären können. Stattdessen könnte es komplexere Polyederstrukturen oder möglicherweise Ketten- und Schichtenstrukturen geben, die die zusätzlichen Elektronen aufnehmen.
In Summe ist es wichtig zu verstehen, dass die Anzahl der Valenzelektronen pro Anion (VEC_A) ein theoretisches Werkzeug ist, um Einsicht in die möglichen Strukturformen zu erhalten. Die tatsächliche Struktur hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich der Größe der Ionen, Packungseffizienz, und kristallchemischen Prinzipien, die über einfache VEC_Rechnungen hinausgehen.
