Benutzer:Solid State/Te Struktur
Modifikationen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Kristallines Tellur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
| Kristallographische Daten[1] | |
|---|---|
 Kristallines Tellur, Länge ca. 20 mm | |
| Kristallsystem | trigonal |
| Punktgruppe | 32 (Nr. 18) trigonal-trapezoedrisch |
| Raumgruppe | P3121 (Nr. 152) P3221 (Nr. 154) |
| Gitterparameter | a = 445,6(1) pm c = 592,1(2) pm |
| Formeleinheiten | Z = 3 |
| Pearson-Symbol | hP3 |
Bei Standardbedingungen ist von Tellur nur ein kristallines Allotrop (Te-I oder α-Te(llur)) bekannt, das als kristallines, metallisches oder graues Tellur bezeichnet wird. Es ist isotyp zu grauem Selen, das heißt, es hat die gleiche Kristallstruktur. Tellur kristallisiert trigonal in der Raumgruppe P3121 (Nr. 152) mit den Gitterparametern a = 445,6(1) pm und c = 592,1(2) pm (c/a = 1,33) sowie drei Formeleinheiten in der Elementarzelle.
Die nach der Hermann-Mauguin-Symbolik beschriebene Raumgruppe P3121 (Nr. 152) erläutert die Zentrierung des Gitters sowie die vorhandenen Symmetrieelemente und deren räumliche Orientierung. „P“ bedeutet, dass das Bravais-Gitter primitiv zentriert ist. Auf die Angabe der Zentrierung folgen die vorhandenen Symmetrieelemente der Raumgruppe: „31“ beschreibt eine 31-Schraubenachse (Vervielfältigung eines Teilchens durch Drehung um 120° und Parallelverschiebung (Translation) um 1⁄3 in Richtung der Drehachse) parallel zur kristallographischen c-Achse ([001]), „2“ beschreibt eine 2-zählige Drehachse (Vervielfältigung durch Drehung um 180°) parallel zu den kristallographischen a-Achsen (<100> = [100], [010]), „1“ das Symmetrieelement der 1-zähligen Drehachse oder Identität (Vervielfältigung durch Drehung um 360°, das Teilchen bildet sich also auf sich selbst ab) parallel der sechs symmetrieäquivalenten Richtungen <120> (= [120], [210], [110], [120], [210], [110]). Für die Beschreibung kristallographischer Richtungen, siehe Millersche Indizes.
Die Kristallstruktur enthält nur ein kristallographisch unterscheidbares Telluratom mit den Lagekoordinaten x = 0,2636(1), y = 0 und z = 1⁄3, das sich in spezieller Lage auf der Wyckoff-Position 3a befindet. „Spezielle Lage“ bedeutet, dass die Atomlage mit einem Symmetrieelement der Raumgruppe zusammenfällt, das Telluatom befindet sich hierbei auf der 2-zähligen Drehachse (Lagesymmetrie: .2.). Alle weiteren Telluratome in der Kristallstruktur können durch die Symmetrieelemente der Raumgruppe aus diesem Atom erzeugt bzw. auf dieses zurückgeführt werden.
| Atom | Wyckoff-Position | Lagesymmetrie | Koordinaten | ||
|---|---|---|---|---|---|
| x / a | y / b | z / c | |||
| Te | 3a | .2. | 0,2636(1) | 0 | 1⁄3 |
Da sich das Telluratom in seiner Lage auf der 2-zähligen Drehachse der Raumgruppe (P3121 (Nr. 152)) befindet, wird es primär durch die 31-Schraubenachse vervielfältigt. Dadurch entstehen spiralförmige Ketten aus kovalent gebundenen Telluratomen parallel zur c-Achse. Die Bindungslänge zwischen den Telluratomen innerhalb der Kette beträgt 284 pm, der Bindungswinkel liegt bei 103,1°. Die kovalenten Bindungen innerhalb der Kette sind in den Abbildungen rot hervorgehoben.
Jeweils eine Kette ist in den Abbildungen zur Verdeutlichung blau dargestellt, wobei sich das dunkelblaue Atom auf z = 1⁄3, das mittelblaue auf z = 2⁄3 und das hellblaue auf z = 1 beziehungsweise z = 0 befindet. Jedes dritte Atom innerhalb der Kette ist also deckungsgleich.
Jede Kette wird von sechs weiteren Ketten umgeben. Zwischen den Ketten existieren Van-der-Waals-Bindungen mit Te–Te-Abständen von 349 pm (grün gestrichelt), die durch die Unterschreitung des Van-der-Waals-Radius (2 · 206 pm = 412 pm) der Telluratome zustande kommen. Für ein einzelnes Telluratom ergibt sich dabei eine Koordinationszahl von 6, genauer 2+4, da 2 Atome aus der gleichen Kette stammen und damit einen geringeren Abstand als die weiteren 4 aus den Nachbarketten aufweisen. Als Koordinationspolyeder ergibt sich damit jeweils ein verzerrtes Oktaeder (gelb hervorgehoben).
Tellur kann auch in der Raumgruppe P3221 (Nr. 154) anstatt P3121 (Nr. 152) mit denselben Gitterparametern kristallisieren. Die 32-Schraubenachse vervielfältigt ein Atom ebenfalls durch Drehung um 120°, anschließend wird es jedoch um 2⁄3 (anstatt 1⁄3) in Richtung der Drehachse verschoben. Dadurch entstehen ebenfalls spiralförmige Ketten, die sich jedoch im Uhrzeigersinn statt im Gegenuhrzeigersinn (bei der 31-Schraubenachse) entlang der c-Achse winden. Die Kristallstruktur in der Raumgruppe P3221 (Nr. 154) („Linksform“) ist somit das Spiegelbild der Struktur in der Raumgruppe P3121 (Nr. 152) („Rechtsform“). Das Auftreten von spiegelbildlichen Kristallformen wird in der Kristallographie als Enantiomorphie bezeichnet.
Das Kristallsystem von Tellur wird – vor allem in englischsprachiger Literatur – zum Teil auch als hexagonal angegeben. Dem hexagonalen und trigonalen Kristallsystem liegt dasselbe Gittersystem zugrunde, da beide der hexagonalen Kristallfamilie angehören. Eine hexagonale Symmetrie würde jedoch zwingend das Vorhandensein eines Symmetrieelements mit Drehung um 60° – d. h. eine 6-zählige Dreh- (6), Drehinversions- (6) oder Schraubenachse (6n) – voraussetzen. Die Kristallstruktur von Tellur beinhaltet jedoch nur eine 31- oder 32-Schraubenachse mit jeweils Drehung um 120° und gehört damit zweifelsfrei in das niedriger symmetrische trigonale Kristallsystem.
Kristalline Hochdruck-Modifikationen des Tellurs[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
In Hochdruckexperimenten mit kristallinem Tellur (Te-I oder α-Tellur) konnten weitere Modifikationen beschrieben werden. Die Angaben zu den Druckbereichen für die Stabilität sowie die Raumgruppen der Hochdruck-Modifikationen variieren zum Teil in der Literatur:
- Te-II kristallisiert monoklin im Druckbereich von 4 bis 6,6 GPa. Als mögliche Raumgruppen werden in der Literatur P21 (Nr. 4) oder C2/m (Nr. 12) genannt.
- Te-III soll orthorhombisch kristallisieren und im Druckbereich oberhalb 6,6 GPa stabil sein. Für diese Modifikation existiert jedoch nur eine theoretische Berechnung in der Raumgruppe Imma (Nr. 74).
- Te-IV kristallisiert trigonal in der Raumgruppe R3m (Nr. 166) und entspricht der β-Struktur des höheren Homologen Polonium. Es ist im Druckbereich von 10,6 bis 27 GPa stabil. Die Abstände der Telluratome innerhalb der Ketten und zu benachbarten Ketten sind in dieser Modifikation gleich und betragen jeweils 300 pm, wodurch sich die höhere Symmetrie im Vergleich zu Te-I erklärt.
- Te-V soll oberhalb von 27 GPa stabil sein. Für diese Modifikation wird ein kubisch-raumzentriertes Gitter (Raumgruppe Im3m (Nr. 229)) angenommen.
Amorphes Tellur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die unbeständige amorphe Modifikation ist ein braunes Pulver und kann aus Telluriger Säure (H2TeO3) durch Reaktion mit Schwefliger Säure (H2SO3) beziehungsweise Sulfit-Ionen (SO32−) dargestellt werden. Die Sulfit-Ionen werden dabei zu Sulfat-Ionen (SO42−) oxidiert während die Te4+-Kationen zu elementarem Tellur reduziert werden:
Amorphes Tellur wandelt sich unter Standardbedingungen langsam in die thermodynamisch stabile – oben beschriebene – kristalline Modifikation Te-I um.
- ↑ a b Claire Adenis, Vratislav Langer, Oliver Lindquist: Reinvestigation of the Structure of Tellurium. In: Acta Crystallographica. Section C, Nr. 45, 1989, S. 941–942, doi:10.1107/S0108270188014453.
- ↑ Mois I. Aroyo (Hrsg.): International Tables for Crystallography. 6. Auflage. Volume A: Space-group symmetry. Wiley, New York 2016, ISBN 978-0-470-97423-0, S. 511.