Einführung in die Festkörperchemie

1 Einfache Kristallstrukturen.- 1.1 Einführung.- 1.2 Dichteste Kugelpackungen.- 1.3 Raumzentrierte und primitive Strukturen.- 1.4 Symmetrie.- 1.4.1 Rotationsachsen.- 1.4.2 Symmetrieebenen.- 1.4.3 Inversion.- 1.4.4 Inversionsdrehung und Drehspiegelung.- 1.4.5 Die Symmetrie von Kristallen.- 1.5 Gitter und Elementarzellen.- 1.5.1 Gitter.- 1.5.2 Zweidimensionale Gitter.- 1.5.3 Ein- und zweidimensionale Elementarzellen.- 1.5.4 Symmetrieelemente mit Translation.- 1.5.5 Dreidimensionale Elementarzellen.- 1.5.6 Miller-Indizes.- 1.5.7 Abstand zwischen Ebenen in Kristallen.- 1.5.8 Packungsdiagramme.- 1.6 Kristalline Festkörper.- 1.6.1 Ionische Festkörper der Zusammensetzung MX.- 1.6.2 Festkörper der Zusammensetzung MX2.- 1.6.3 Andere wichtige Kristallstrukturen.- 1.6.4 Ionenradien.- 1.6.5 Kovalente Kristalle.- 1.6.6 Molekülkristalle.- 1.6.7 Silicate.- 1.7 Gitterenergie.- 1.7.1 Der Born-Haber-Kreisprozeß.- 1.7.2 Berechnung der Gitterenergie.- 1.7.3 Berechnungen mit Hilfe von thermochemischen Kreisprozessen und von Gitterenergien.- 1.8 Zusammenfassung.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 2Röntgen-Streuung.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Erzeugung von Röntgenstrahlung.- 2.3 Die Beugung von Röntgen-Strahlen.- 2.4 Röntgen-Streuung an Pulvern.- 2.4.1 Die Aufzeichnung von Pulverdifrraktogrammen.- 2.4.2 Systematische Auslöschung durch Gitterzentrierung.- 2.4.3 Systematische Auslöschung durch Schraubenachsen und Gleitebenen.- 2.4.4 Die Zahl der Formeleinheiten Z in der Elementarzelle.- 2.4.5 Die Identifizierung von Verbindungen durch Pulverdifrraktogramme.- 2.4.6 Die Bedeutung der Linienintensitäten.- 2.5 Röntgenstreuung an Einkristallen.- 2.6 Strukturaufklärung mit Einkristallen.- 2.6.1 Die Patterson-Funktion und ihre Auswertung.- 2.6.2 Direkte Methoden.- 2.6.3 Differenz-Darstellung.- 2.7 Strukturverfeinerung.- 2.7.1 Temperaturfaktoren.- 2.7.2 Der R-Wert.- 2.8 Röntgen-Kristallstrukturen in der Literatur.- 2.9 Neutronenbeugung.- 2.9.1 Anwendung der Neutronenbeugung.- 2.9.2 Nachteile der Neutronenbeugung.- Weiterfuhrende Literatur.- Fragen.- 3 Präparative Methoden.- 3.1 Einleitung.- 3.2 Keramische Methoden.- 3.2.1 Samariumsulfid.- 3.2.2 Nachteile.- 3.3 Synthesen mit Hilfe von Mikrowellen.- 3.3.1 Der Supraleiter YBa2Cu3O7-x.- 3.4 Die Sol-Gel-Methode.- 3.4.1 Lithiumniobat Li3NbO3.- 3.4.2 Dotiertes Zinndioxid SnO2.- 3.4.3 Kieselglas für optische Fasern.- 3.4.4 Herstellung eines Biosensors.- 3.5 Die Precursor-Methode.- 3.5.1 Bariumtitanat BaTiO3.- 3.6 Hydrothermalverfahren.- 3.6.1 Quarz.- 3.6.2 Chromdioxid CrO2.- 3.6.3 Zeolithe.- 3.6.4 Yttrium-Aluminium-Granat Y3A15O12.- 3.7 Chemische Gasphasenabscheidung (CVD).- 3.7.1 Gasphasenepitaxie (VPE).- 3.7.2 Molekularstrahlepitaxie (MBE).- 3.8 Chemische Transportreaktionen.- 3.8.1 Magnetit.- 3.9 Methodenauswahl.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 4 Bindungen in Festkörpern und elektronische Eigenschaften.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Bindungen in Festkörpern - das Bändermodell.- 4.3 Elektrische Leitfähigkeit - einfache Metalle.- 4.3.1 Theorie des freien Elektrons.- 4.3.2 Elektronische Leitfähigkeit.- 4.4 Eigenhalbleiter.- 4.4.1 Silicium und Germanium.- 4.4.2 Fotoleiter.- 4.5 Dotierte Halbleiter.- 4.5.1 Der p-n-Kontakt-fotovoltaische Zellen.- 4.6 Bänder in Verbindungen - Galliumarsenid.- 4.6.1 Halbleiter-Flüssigkeits-Zellen.- 4.7 Bänder in Verbindungen von d-Elementen - die Monoxide von Übergangsmetallen.- 4.7.1 Titandioxid und Titandisulfid.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 5 Defekte und Nichtstöchiometrie.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Defekte und ihre Konzentration.- 5.2.1 Eigenfehler.- 5.2.2 Die Defektkonzentration.- 5.2.3 Fremdfehler.- 5.3 Ionenleitung in Festkörpern.- 5.4 Festelektrolyte.- 5.4.1 Schnelle Ionenleiter.- 5.4.1.1 ?-Silberiodid.- 5.4.1.2 RbAg4I5.- 5.4.1.3 Stabilisiertes Zirconiumdioxid.- 5.4.1.4 ?-Aluminiumoxid.- 5.5 Der fotographische Prozeß.- 5.6 Farbzentren.- 5.7 Nichtstöchiometrische Verbindungen.- 5.7.1 Einleitung.- 5.7.2 Nichtstöchiometrie im Wüstit.- 5.7.2.1 Elektronische Defekte im Wüstit.- 5.7.2.2 Die Struktur von FeO.- 5.7.3 Urandioxid.- 5.7.4 Die Struktur von Titanmonoxid.- 5.8 Flächendefekte.- 5.8.1 Kristallographische Scherebenen.- 5.8.2 Ebene Verwachsungen.- 5.9 Dreidimensionale Defekte.- 5.9.1 Blockstrukturen.- 5.9.2 Pentagonale Säulen.- 5.9.3 Unendliche angepaßte Strukturen.- 5.10 Elektronische Eigenschaften nichtstöchiometrischer Oxide.- 5.11 Schlußbemerkungen.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 6 Ein- und zweidimensionale Festkörper.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Eindimensionale Festkörper.- 6.2.1 Polyacetylen und verwandte Verbindungen.- 6.2.2 Kettenförmige Platinverbindungen.- 6.2.3 Andere eindimensionale Festkörper und molekulare Metalle.- 6.3 Zweidimensionale Festkörper.- 6.3.1 Graphit.- 6.3.2 Intercalationsverbindungen des Graphits.- 6.3.3 Titandisulfid und die Li-TiS2-Batterie.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 7 Zeolithe und verwandte Strukturen.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Zusammensetzung und Struktur.- 7.2.1 Netzwerke.- 7.2.2 Das Si:Al-Verhältnis.- 7.2.3 Austauschbare Kationen.- 7.2.4 Hohlräume und Kanäle.- 7.3 Herstellung von Zeolithen.- 7.4 Strukturaufklärung.- 7.5 Verwendung von Zeolithen.- 7.5.1 Trockenmittel.- 7.5.2 Ionenaustauscher.- 7.5.3 Adsorbentien.- 7.5.4 Katalysatoren.- 7.5.5 Neue Materialien.- 7.6 Andere Netzwerkstrukturen.- 7.7 Tonmineralien..- 7.8 Nachbemerkung.,.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 8 Optische Eigenschaften von Festkörpern.- 8.1 Einleitung.- 8.2 Die Wechselwirkung zwischen Licht und Atomen.- 8.2.1 Der Rubinlaser.- 8.2.2 Phosphore für Leuchtstofflampen.- 8.3 Strahlungsabsorption und -emission durch Halbleiter.- 8.3.1 Lichtemittierende Dioden.- 8.3.2 Der Galliumarsenidlaser.- 8.3.3 Der Quanten-Kaskade-Laser.- 8.4 Optische Fasern.- 8.4.1 Optische Schalter.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 9 Magnetische und dielektrische Eigenschaften.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Die magnetische Suszeptibilität.- 9.3 Der Paramagnetismus von Metallkomplexen.- 9.4 Ferromagnetische Metalle.- 9.4.1 Ferromagnetische Domänen.- 9.4.2 Permanentmagnete.- 9.5 Ferromagnetische Verbindungen - Chromdioxid.- 9.5.1 Tonbandgeräte.- 9.6 Antiferromagnetismus - Übergangsmetallmonoxide.- 9.7 Ferrimagnetismus und Ferrite.- 9.7.1 Computerspeicher.- 9.8 Elektrische Polarisation.- 9.9 Piezoelektrische Kristalle - ?-Quarz.- 9.10 Der ferroelektrische Effekt.- 9.10.1 Keramische Vielschichtkondensatoren.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- 10 Supraleitfähigkeit.- 10.1 Einleitung.- 10.2 Die Entdeckung der Supraleiter.- 10.3 Die magnetischen Eigenschaften von Supraleitern.- 10.4 Die Theorie der Supraleitung.- 10.5 Josephson-Effekte.- 10.6 Die Suche nach Hochtemperatursupraleitern.- 10.7 Die Kristallstruktur der Hochtemperatursupraleiter.- 10.8 Anwendung von Hochtemperatursupraleitern.- Weiterführende Literatur.- Fragen.- Antworten.- Sachwortverzeichnis.