Strukturtyp

Als Strukturtyp fasst man Kristallstrukturen zusammen, die die gleiche Symmetrie, d.h. die gleiche Raumgruppe haben, und in denen jeweils die gleichen Punktlagen besetzt sind (angegeben in der Wyckoff-Sequenz). Darüber hinaus müssen auch die Atomumgebungen (Koordinations-Polyeder) übereinstimmen, was eine ungefähre Gleichheit der Achsenverhältnisse (Zellform) verlangt. Kristalline Substanzen, die zum gleichen Strukturtyp gehören, nennt man isotyp. Die Stöchiometrie isotyper Substanzen muss übereinstimmen; die Art der Atome, der Bindungscharakter und die Atomabstände spielen dagegen für die Klassifizierung keine Rolle. Der Strukturtyp ist im Prinzip eine rein geometrische Angabe. Diese genügt aber, um Ordnung in eine unüberschaubare Anzahl von Verbindungen zu bringen. Darüber hinaus lassen sich über Strukturtypen und deren zugehöriger Symmetrie Verwandtschaftsverhältnisse aufzeigen (siehe Bärnighausen). Der Strukturtyp ist als ein Hilfsmittel zu einer solchen Ordnungsfindung in der anorganischen Kristallstrukturdatenbank ICSD dokumentiert. Diese Datenbank enthält Ende 2011 rund 147.000 Einträge.

Zu den wichtigsten Strukturtypen zählen Elementstrukturen wie die kubisch dichteste Kugelpackung, die hexagonal dichteste Kugelpackung und das kubisch raumzentrierte Gitter. Noch häufiger ist der Natriumchlorid-Typ. Dazu gehören neben Natriumchlorid, Magnesiumoxid und Bleisulfid noch rund 200 meist ionische, aber auch Verbindungen mit stark kovalentem Bindungsanteil.

Von hochsymmetrischen Strukturtypen leiten sich durch Symmetrieabbau häufig weitere Typen ab. Bei einigen Typen existieren ganze Stammbäume (z.B. beim Perowskit). Der höchstsymmetrische Typ ist dann der Aristotyp.

Die zehn häufigsten Strukturtypen sind: NaCl, Spinell (Al2MgO4), GdFeO3 (symmetrieerniedrigter Perowskit), ThCr2Si2 (BaAl4), Cu2Mg (kubische Laves-Phase), CaTiO3 (kubischer Perowskit), Cu (kubisch dichte Kugelpackung), AuCu3 (geordnet besetzter Cu-Typ), CsCl und Fe2P.

Nomenklatur

Die Strukturtypen werden üblicherweise nach einer Substanz (Element, Verbindung oder Mineral) benannt. Eine andere Nomenklatur wird seit 1923 in den Strukturberichten verwendet. Diese Nomenklatur ist international unter dem deutschen Namen gebräuchlich (frz. notation Strukturbericht, engl. Strukturbericht designation) und wird vor allem in der Metallurgie noch viel benutzt.

Die Nomenklatur der Strukturberichte teilt die Strukturtypen nach der Stöchiometrie in Gruppen ein, die durch Großbuchstaben bezeichnet sind. Innerhalb der Gruppen wurden die Strukturtypen nach der Reihenfolge der Entdeckung durchnummeriert. Die Strukturberichte enden 1939. Nach 1945 werden sie als Structure Reports fortgesetzt, aber ohne weitere Namen für Strukturtypen zu vergeben.

• A: Elemente
• B: AB-Verbindungen
• C: AB₂-Verbindungen
• D: A_mB_n-Verbindungen
• E: >2 Elemente ohne ausgesprochene Komplexbildung
• F: mit zwei- oder dreiatomigen Komplexen
• G: mit vieratomigen Komplexen
• H: mit fünfatomigen Komplexen
• L: Legierungen
• M: Mischkristalle
• O: organische Verbindung
• S: Silikate

Eine andere Methode der Beschreibung von Strukturtypen sind die Pearson-Symbole. Sie geben das Bravais-Gitter und die Anzahl der Atome je (standardisierte) Elementarzelle an. Da die Atome aber an verschiedenen Positionen sitzen können, reichen die Pearson-Symbole alleine nicht aus, um Strukturtypen voneinander abzugrenzen. Für eine weitere Unterscheidung wird die Wyckoff-Sequenz benutzt, die die besetzten Punktlagen beschreibt. Strukturen, die die gleiche Wyckoff-Sequenz und das gleiche Pearson-Symbol besitzen, werden isopointal genannt. Isopointale Strukturen lassen sich in der Datenbank ICSD leicht suchen. Für eine weitere Abgrenzung müssen dann weitere Kriterien herangezogen werden wie Achsenverhältnisse, beta-Winkel, ANX-Formeln, nötige und ausgeschlossenen chemische Elemente.

Liste ausgewählter Strukturtypen

Bezeichnung in den Strukturberichten	Strukturtyp, Hauptvertreter (Prototyp)	Raumgruppe	weitere Beispiele
A
Ah	α-Polonium kubisch primitives Gitter (sc)	$Pm\bar 3 m$
A1	Kupfer-Typ kubisch flächenzentriertes Gitter (fcc) kubisch dichteste Kugelpackung (ccp)	$Fm\bar 3 m$	γ-Eisen, Gold
A2	Wolfram-Typ kubisch raumzentriertes Gitter (bcc)	$Im\bar 3 m$	Vanadium, α-Eisen
A3	Magnesium-Typ hexagonal dichteste Kugelpackung (hcp)	$P6_3/mmc \;$	Cobalt
A3'	α-Lanthan dhcp-Struktur	$P6_3/mmc \;$
A4	Diamantstruktur	$Fd\bar 3 m$	Silizium
A5	β-Zinn
A7	Arsen
A8	Selen
A9	Graphit
A14	Iod
B
B1	Natriumchlorid-Struktur	$Fm\bar 3 m$	FeO, PbS
B2	Caesiumchlorid (CsCl)	$Pm\bar 3 m$	FeAl, NiAl
B3	Sphalerit-Typ (ZnS)	$F\bar 4 3 m$
B4	Wurtzit-Typ (ZnS)	$P6_3mc \;$
B8	Nickelarsenid (NiAs) (Nickelin)	$P6_3/mmc \;$
C
C1	Fluorit-Typ (CaF2)
C2	Pyrit (FeS2)
C3	Cuprit (Cu2O)
C4	Rutil (TiO2)
C5	Anatas (TiO2)
C6	Cadmiumiodid (CdI2)
C7	Molybdänit (MoS2)
C8	Quarz (SiO2)
C9	Cristobalit (SiO2)
C10	Tridymit (SiO2)
C18	Markasit (FeS2)	Pnnm
C19	Cadmiumchlorid (CdCl2)
C21	Brookit (TiO2)	Pbca
D
D02	Skutterudit (CoAs3)
D51	Korund (Al2O3)
D58	Antimonit (Sb2S3)
E
E11	Chalcopyrit (CuFeS2)	$I\bar 4 2d$
E21	Perowskit (CaTiO3)	Pbnm
E22	Ilmenit (FeTiO3)
G
G01	Calcit (CaCO3)
G02	Aragonit (CaCO3)
H
H11	Spinell (MgAl2O4)	$Fd\bar 3 m$
L
L11	CuAu
L12	Cu3Au

Zugehörige Begriffe

Isotypie

Als isotyp (von griechisch ἴσος isos "gleich", und griechisch τύπος typos "Wesen, Charakter") werden Substanzen bezeichnet, die zum selben Strukturtyp gehören.

Anisotypie

Neben der Isotypie existiert noch eine Anisotypie. Hierbei sind die Plätze von Kationen und Anionen vertauscht, als Beispiel seien Thoriumdioxid (ThO₂) und Lithiumoxid (Li₂O) genannt.

Homöotypie

Im strengen Sinne sind zwei Kristallstrukturen nur bei analoger chemischer Summenformel, gleicher Symmetrie (Raumgruppe) und weitgehender Ähnlichkeit in der Atomanordnung isotyp. Für Kristalle, die dem zwar nicht voll entsprechen, aber trotzdem in ihren Strukturen sehr ähnlich sind, wurde der Begriff Homöotypie geprägt. So sind beispielsweise die Kohlenstoffmodifikation Diamant und Sphalerit (ZnS), Calcit (CaCO₃) und Dolomit (CaMg(CO₃)₂) sowie Quarz (SiO₂) und Berlinit (AlPO₄) homöotyp.

Weblinks

 Commons: Strukturbericht – Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien

Literatur

• Hans-Joachim Bautsch, Will Kleber, Joachim Bohm: Einführung in die Kristallographie. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, 1998.
• J. Lima-de-Faria, E. Hellner, F. Liebau, E. Makovicky, E. Parthé (1990). Nomenclature of inorganic structure types. Acta Cryst. A46, 1-11. doi:10.1107/S0108767389008834