Wir wollen uns heute einem Begriff zuwenden, der regelmäßig genannt, aber viel zu wenig erklärt wird. Dies sind nichtstöchiometrische Verbindungen.
Wir alle wissen, dass eine Verbindung mit der Summenformel $\ce{H2O}$ zwei Wasserstoff- und ein Sauerstoffatom enthält. Im Unterschied zu diesen molekularen Verbindungen gibt es noch reichlich weitere anorganische Verbindungsklassen wie etwa Salze und Metalloxide. Diese bestehen nicht aus einzelnen Molekülen, sondern aus einem ausgedehnten Kristallgitter. Die Summenformel beschreibt demnach nicht die Anzahl an Atomen in einem Molekül, sondern das Verhältnis der Atome im Feststoff.
Eine Summenformel wie $\ce{NaCl}$ besagt also, dass das Verhältnis der Natrium- zu den Chlorid-Ionen gleich ist, also dass pro Mol Natrium ein Mol Chlorid im Kochsalz enthalten ist. Man redet hier von einem stöchiometrischen Verhältnis. Doch gilt dies für jede Verbindung? Nein! Und damit wären wir auch schon bei den nichtstöchiometrischen Verbindungen, die – oh Wunder – so heißen, da sie sich halt nicht stöchiometrisch verhalten.
Nichtstöchiometrische Verbindungen weisen eine wechselnde Zusammensetzung auf und sind eigentlich nur in der Anorganik bekannt. Ein bekanntes Beispiel für eine nichtstöchiometrische Verbindung ist Eisen(II)-oxid $(\ce{FeO})$. Doch warum ist diese Verbindung nicht stöchiometrisch? Nun, das liegt an der guten Oxidierbarkeit des zweiwertigen Eisens. Ein geringer Teil der Eisen(II)-Ionen wird nämlich zu Eisen(III)-Ionen oxidiert. Wie ihr sicherlich wisst, hat das Eisen(III)-oxid eine andere Summenformel als das Eisen(II)-oxid, nämlich $\ce{Fe2O3}$. Und damit haben wir das gesamte Problem bereits beschrieben. Das Oxid $(\ce{FeO})$ enthält geringe Teile an Eisen(III)-Ionen. Um die Ladung auszugleichen, werden für drei fehlende Eisen(II)-Ionen zwei Eisen(III)-Ionen benötigt. Die Summenformel der entstehenden Verbindung ist damit jedoch nicht mehr genau $\ce{FeO}$, sondern – in diesem Fall – $\ce{Fe_{0,95}O}$.
Hier noch einige andere nichtstöchiometrische Verbindungen:
- $\ce{Fe_{1-x}S}$, wobei $x = 0$ bis $0{,}2$
- $\ce{TiO_x}$, wobei $x = 0{,}7$ bis $1{,}25$