Grundlagen der Bindungslehre

30. Die Ionenbindung

Die Synthese von Natriumchlorid.

Dieser Versuch sollte nur im Labor der Schule unter Beisein des Chemielehrers durchgeführt werden!

Man erhitzt in der Brennerflamme ein Reagenzglas etwa 2 cm über dem Boden, bis es weich wird. Dann bläst man in das Reagenzglas, so dass es an der erweichten Stelle ein Loch erhält. In das Reagenzglas bringt man ein halberbsengroßes Stück Natrium, das in der Gasflamme kräftig erhitzt wird. Abug! Dann taucht man das Reagenzglas mit dem hoch erhitzten Natrium in einen Standzylinder mit Chlor. Es erfolgt eine von Feuererscheinung begleitete Reaktion. Nach dem Abklingen der Reaktion ist an der Reagenzglaswand eine weiße Salzschicht sichtbar. Zur Chlorentwicklung siehe Versuch

Kap. 37.

Wenn das Metall Natrium erhitzt und in eine Chloratmosphäre gebracht wird, kommt es zu einer chemischen Reaktion, wie an der intensiven Feuererscheinung und am Auftreten neuer Eigenschaften beim Reaktionsprodukt zu erkennen ist. Was bei unserem Versuch nicht weiter verfolgt wurde, liefert eine genaue Untersuchung des Reaktionsproduktes im Labor: es besteht aus Natriumchlorid, das wir als Speisesalz kennen.

Natrium + Chlor		Natriumchlorid + Wärme
2Na + Cl₂		2 NaCl + 411,58 kJ /mol

Vorgänge in der Atomhülle bei der Natriumchloridsynthese.

Um den chemischen Vorgang bei der NaCl - Synthese zu verstehen, betrachten wir die Atomhülle der Elemente Natrium und Chlor.

Hauptschalen: K L M			Hauptschalen: K L M
Natrium:			Chlor:

In einem Reagenzglas wird Natrium erhitzt

30.1 In einem mit einem Loch versehenen Reagenzglas wird Natrium erhitzt und dann in einem Zylinder mit Chlor gebracht. Durch das Loch dringt Chlor in das Reagenzglas.

Der Vergleich zeigt, dass durch Abgabe des Elektrons in der M-Schale das Natrium in den Zustand der Elektronenanordnung des Edelgases Neon gebracht wird. Die Edelgasschale aber stellt einen besonders stabilen Zustand der Atomhülle dar. Das Chlor besitzt in der M-Schale 7 Elektronen. Durch Aufnahme eines weiteren Elektrons wird die stabile Elektronenanordnung des Edelgases Argon erreicht. Diese Abgabe und Aufnahme von Elektronen spielte sich bei der Natriumchloridsynthese ab. Aus den elektrisch neutralen Atomen entstehen Teilchen mit einer positiven bzw. negativen elektrischen Ladung. Solche Ladungsträger werden Ionen genannt. Die entstandenen Ionen ziehen sich aufgrund ihrer Ladung an, sie verbinden sich miteinander. Diese Art der chemischen Bindung wird Ionenbindung genannt. Die Vorgänge in der Atomhülle bei der NaCl-Synthese können nun formuliert werden:

Na Na⁺ + e^–	Natrium Natriumion + Elektron

Cl + e^–	Chlor + Elektron Chloridion

Ionen entstehen durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen durch Atome oder Moleküle.

Im Kochsalz sind Natriumionen und Chloridionen. Nenne einige Unterschiede von Natriumatomen und Natriumionen, Chloratomen und Chloridionen!

Formuliere mit Hilfe des PSE die Synthese der folgenden Salze nach dem Muster der NaCl-Synthese:
KI CaO Na₂S Al₂O₃ Mg₃N₂


	+		[Na]⁺	+	^–
Na	+	Cl	Na⁺	+	Cl^–

30.2 Vorgänge in der Elektronenhülle bei der NaCl-Synthese. Da sich elektrisch entgegengesetzt geladene Teilchen anziehen, kommt es zur Bindung.

Infolge der Abgabe von Elektronen kann sich die positive Kernladung stärker auf die übrigen Elektronen der Atomhülle auswirken. Dadurch ist der Radius bei positiv geladenen Ionen kleiner als bei den ursprünglichen Atomen. Umgekehrt ist es bei negativ geladenen Ionen; hier ist der Ionenradius größer als bei den ursprünglichen Atomen.

Auch Moleküle können durch Elektronenabgabe bzw. -aufnahme zu Ionen werden. Man unterscheidet deshalb Atomionen und Molekülionen.

Die Ionenwertigkeit.

Ionenwertigkeit = Zahl der aufgenommenen oder abgegebenen Elektronen

Die Ladung der Ionen entsteht durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen. Sie wird auch Ionenwertigkeit genannt. Aus einem Atom, das ein Elektron aufnimmt, wird ein einwertig negatives Ion. Entsprechend erhalten wir ein einwertig positives Ion, wenn ein Atom ein Elektron abgibt, da dann die positive Kernladung um ein Proton überwiegt.

Ordne mit Hilfe des Periodensystems die folgenden Verbindungen nach ihrem Bindungstyp:
NaF CF₄ NH₃ K₃N K₂O
BaCl₂ SiCl₄

Beim Formulieren einer Ionenverbindung gilt, dass die Summe der negativen Ladungen gleich der Summe der positiven Ladung sein muß.
Beispiele:

K			K⁺	+	e^–
Cl	+	e^–	Cl^–
K	+	Cl	KCl
Kalium		Chlor	Kaliumchlorid

Ca		Ca²⁺	+	2 e^–
2 Cl	+	e^–		2 Cl^–
Ca	+	Cl₂		CaCl₂
Calcium		Chlor		Calciumchlorid

Mg		Mg²⁺	+	2 e^–
O	+	2 e^–		O^2–
Mg	+	O		MgO
Magnesium		Sauerstoff		Magnesiumoxid

Ionenverbindungen sind Salze

Da es bei der Ionenbindung auf die Abgabe und Aufnahme von Elektronen ankommt, ist sie die typische Bindungsart zwischen Metallen und Nichtmetallen. Verbindungen mit Ionenbindung werden Salze genannt.

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