Gitter aus Nichtmetallen

Neben den Ionen- und Metallgittern gibt es Gitterstrukturen, denen die Elektronenpaarbindung zugrunde liegt. Atomgitter bestehen aus Nichtmetall-Atomen, die durch die Elektronenpaarbindung miteinander verbunden sind. Molekülgitter entstehen durch die Wechselwirkungen zwischen Molekülen.

Arbeitsmittel

Atomgitter

Atomgitter liegen bei den bekanntesten Modifikationen des Kohlenstoffs Diamant und Grafit vor. Kohlenstoff hat vier Außenelektronen und kann daher vier Bindungen eingehen. Bei einem Diamanten ist jedes Kohlenstoff-Atom über Atombindungen mit jeweils vier anderen Kohlenstoff-Atomen verbunden – dadurch entstehen starre Gitterstrukturen. Stoffe, die aus Atomgittern aufgebaut sind, sind sehr hart und weisen hohe Schmelzpunkte auf.

Rohdiamanten und ein Diamantring
Rohdiamanten und ein Diamantring

Ein Grenzfall ist Grafit, der nicht aus einem starren Gitter, sondern aus locker miteinander verbundenen Schichten, besteht. In diesen Schichten bildet ein Kohlenstoff-Atom nur drei Atombindungen mit anderen Kohlenstoff-Atomen – ein Elektron bleibt also ungebunden. Diese Elektronen sind somit frei beweglich und sorgen für die elektrische Leitfähigkeit von Grafit. Die Grafitschichten sind gegeneinander verschiebbar, daher handelt es sich bei Grafit um ein sehr weiches Material. Im Alltag begegnet es uns als Mine in Bleistiften oder als Elektroden in Batterien.

Ein Grafitbrocken und Bleistifte
Ein Grafitbrocken und Bleistifte

Das Halbmetall Silicium bildet Gitterstrukturen, ähnlich wie ein Diamant. Da die Atombindung bei den Silicium-Kristallen aber schwächer ist, können bei höheren Temperaturen Bindungselektronen ihren Platz verlassen. So kommt eine schwache Leitfähigkeit zustande, Silicium ist daher ein Halbleiter.

Molekülgitter

Molekülgitter werden nicht durch chemische Bindungen, sondern durch Wechselwirkungen zwischen den Molekülen verursacht. Da die Wechselwirkungen zwischen Molekülen schwächer sind als die Bindungen in Salzen oder Atomgittern, sind Molekülgitter weicher als beispielsweise Kochsalz und Diamanten. Ein Beispiel aus dem Alltag sind Kristalle aus Wasser (also Eis oder Schneeflocken). Durch die Wasserstoffbrücken sind die zu Eis erstarrten Molekülen in einem regelmäßigen Gitter(mit sechseckiger Struktur) angeordnet.

Wasserstoffbrückenbindung

Wenn Wasser gefriert, bilden sich weiträumige Molekülgitter. Wasser dehnt sich also beim Erstarren aus. Dadurch hat Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser! Das ist auch der Grund dafür, warum Eiswürfel in einem Wasserglas und Eisberge an der Wasseroberfläche schwimmen.

Ein Eisberg an der Wasseroberfläche.
Ein Eisberg an der Wasseroberfläche.

Auch in anderen Bereichen des Alltags spielt die Zunahme des Volumens von Wasser beim Gefrieren eine wichtige Rolle, denn Wasser hat dadurch eine große Sprengkraft: Rohre, in denen Wasser gefriert, können platzen; erstarrendes Wasser in kleinen Hohlräumen von Gestein kann dieses Zerstören und verändern (Verwitterung); wasserreiche Lebensmittel dehnen im Gefrierschrank ihr Volumen aus (sehr gut verschlossene, voll gefüllte Behältnisse können sogar platzen!).

Gefrorenes Wasser kann Rohre brechen
Gefrorenes Wasser kann Rohre brechen ...
Gefrorenes Wasser kann Glas brechen
...und Glasbehälter zum Platzen bringen!
10. Gitter aus Nichtmetallen
Inhalt
Daten werden geladen...
Digitalisierung
Illustration
Mithilfe
Letzte Änderung
15.09.2021
1.1.5.a
Meine Lösung prüfen
später
Tipp 1
Tipp 2
Lösung
Unfertig abgeben
Ok
erledigt
Juhu!
Du hast alle Aufgaben abgeschlossen.
Deine Ergebnis:
Genug für heute
leider falsch
Oje!
Das ist leider nicht ganz richtig.
Noch einmal versuchen
richtig
Bravo!
Deine Lösung ist richtig.
Nächste Aufgabe