Ionengitter: Regelmäßige Anordnung von Ionen in einem Kristall.Natriumchlorid besteht aus positiv geladenen Natriumionen (Na+) und negativ geladenen Chloridionen (Cl–). Zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen bestehen elektrische Anziehungskräfte. Die Anziehungskraft eines Natriumions ist aber nicht nur auf ein einziges Chloridion gerichtet, sondern wirkt gleichmäßig nach allen Richtungen hin. Genauso ist es in umgekehrtem Sinne beim Chloridion. Deshalb schließen sich Na+ und Cl– nicht zu einzelnen Molekülen zusammen, sondern bilden größere Verbände von Ionen in streng gesetzmäßiger Ordnung. Es entsteht dadurch ein sog. Ionengitter, in dem jedes Ion von einer bestimmten Zahl entgegengesetzt geladener Ionen umgeben ist.
Wie Abb. 31.1 zeigt, ist im »Kochsalzgitter« (Natriumchloridgitter) ein Natriumion von 6 Chloridionen und ein Chloridion von 6 Natriumionen umgeben. Durch den dadurch bedingten regelmäßigen Zusammenschluß der Ionen entsteht ein Kristall. Das Kochsalz kristallisiert in Würfeln (Abb. 31.1).
Formel einer Ionenverbindung gibt Zahlenverhältnis der im Kristall verbundenen Ionen an.
Im Cäsiumchlorid ist ein Cäsiumion (Cs+) von acht Chloridionen und jedes Chloridion von acht Cäsiumionen umgeben. Wie lautet die formel für Cäsiumchlorid?
Wieviel Ionen enthält 1 mol Al2O3 insgesamt?
Unterscheide die Begriffe Molekül, Mol, Ion, Atom, Molekülverbindung, IonenverbindungVerbindungen mit Ionenbindung liegen nicht in Form von Molekülen vor. Wenn wir schreiben NaCl, so ist damit nicht ein Molekül NaCl symbolisiert. Die Formel drückt aus, dass im Natriumchloridgitter sich Na+ und Cl– im gleichen Zahlenverhältnis verbunden haben. In einer chemischen Gleichung bedeutet die Formel NaCl 1mol Natriumchlorid; das sind 58,4 g Natriumchlorid, die aus
6,023 ⋅ 1023 Na+ und 6,023 ⋅ 1023 Cl– bestehen.
Das Magnesiumoxid MgO bildet ein Ionengitter, das aus der gleichen
Zahl Mg2+ und O2– besteht. Im Ionengitter des Aluminiumoxid, Al2O3, liegen Al3+ und O2– im Zahlenverhältnis 2:3 vor.
Im Unterschied dazu liegen bei Verbindungen mit Atombindung wie CH4, CO2 (»Molekülverbindungen«) tatsächlich Moleküle vor. Die Formel CH4 zeigt an, dass ein Methanmolekül aus einem Kohlenstoffatom und 4 Wasserstoffatomen besteht. Ganz allgemein drückt die Formel bei Molekülverbindungen aus, welche und wieviele Atome in einem Molekül einer Verbindung miteinander verbunden sind.
Wenn freie Natriumionen und Chloridionen entstanden sind, so wirken zwischen den gleichsinnig geladenen Ionen Kräfte der Abstoßung und zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen Kräfte der Anziehung.
| NaCl | 254,20 | MgO | 3825,47 |
| KCl | 687,16 | CaO | 3448,37 |
| CaCl2 | 2149,47 | MgS | 3310,10 |
Haben aber die Ionen ihrer Ladung und Größe entsprechend ihre Gitterplätze besetzt, so erreichen die Abstoßungs- und Anziehungskräfte ein Minimum; es wird Energie frei. Diese bei der Ausbildung des Ionengitters abgegebene Energie wird Gitterenergie genannt. Genau diese Gitterenergie muß aufgebracht werden, um ein Ionengitter wieder in freie Ionen aufzuspalten. So kann aus einer hohen Gitterenergie geschlossen werden, dass zwischen Ionen große Anziehungskräfte herrschen. Die Tabelle 20 zeigt, dass bei der Ausbildung eines Ionengitters aus Ca2+ und O2– sehr viel mehr Gitterenergie frei wird als bei der Ausbildung des Kochsalzgitters. Im CaO - Kristall werden die Ionen also viel stärker zusammengehalten als im NaCl - Kristall. Letztlich sagt also die Gitterenergie etwas aus über das Bestreben, ein Ionengitter auszubilden.
Gitterenergie: die bei der Bildung eines Kristalls aus einzelnen Ionen freiwerdende Energie.Bei der Synthese von NaCl aus den Elementen laufen energieverbrauchende und energielieferde Reaktionsschritte ab.
| Vorgang (Reaktionsschritt) | Energieverbrauch in kJ/mol | Energiegewinn in kJ/mol |
|---|---|---|
Nafest  NaDampf |
108,9 | — |
| Cl2 2 Cl |
113,1 | — |
| Na Na+ + e– |
494,4 | — |
| Natriumatom Natriumion | ||
| Cl + e– Cl– |
— | 364,5 |
| Chloratom Chloridion | ||
| Na+ + Cl– NaCl |
— | 754,2 |
| freie Ionen Ionengitter | (Gitterenergie) | |
| Summe | 716,4 | 1118,7 |
Bei der NaCl - Synthese wird also eine Energie von 402,3 kJ/mol frei.
