Mit Google fortfahren
Ionenbindung: Entstehung, Eigenschaften, Formeln
Eine Ionenbindung ist die elektrostatische Anziehung zwischen positiv geladenen Kationen und negativ geladenen Anionen. Sie hält viele Ionen in einem räumlichen Ionengitter zusammen. Du lernst, wie Ionen entstehen, wie das Gitter typische Salzeigenschaften erklärt und wie du aus Ionenladungen eine Verhältnisformel ableitest.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Wie aus Atomen Ionen werden
Warum werden aus neutralen Atomen geladene Teilchen? Im schulischen Grundmodell überträgt ein Metallatom ein oder mehrere Außenelektronen auf ein Nichtmetallatom.
Ion
Ein Ion ist ein elektrisch geladenes Teilchen. Gibt ein Atom Elektronen ab, besitzt es danach mehr Protonen als Elektronen und wird zum positiven Kation. Nimmt ein Atom Elektronen auf, wird es zum negativen Anion.
Für viele Hauptgruppenelemente hilft die Oktettregel: Eine Außenschale mit acht Elektronen ist häufig besonders stabil. Die Regel ist ein nützliches Grundmodell, aber keine ausnahmslose Vorschrift für alle Elemente und Verbindungen.
Natrium besitzt ein Außenelektron, Chlor sieben. Natrium gibt ein Elektron ab, Chlor nimmt es auf:
$$\mathrm{Na \rightarrow Na^+ + e^-}$$
$$\mathrm{Cl + e^- \rightarrow Cl^-}$$
Die Zahl der Protonen ändert sich dabei nicht. Nur die Elektronenzahl ändert sich: Es entstehen das Kation $\mathrm{Na^+}$ und das Anion $\mathrm{Cl^-}$.
Elektronenabgabe macht positiv, Elektronenaufnahme macht negativ. Die Ladung zeigt die Differenz zwischen Protonen- und Elektronenzahl.
Warum ein Ionengitter entsteht
Ein einzelnes Kation zieht nicht nur ein einziges Anion an. Die elektrostatische Anziehung wirkt in alle Raumrichtungen. Deshalb ordnen sich viele entgegengesetzt geladene Ionen regelmäßig in drei Dimensionen an.
Ionengitter
Ein Ionengitter ist die regelmäßige räumliche Anordnung von Kationen und Anionen. Die Anziehung entgegengesetzter Ladungen stabilisiert den gesamten Kristall. Stoffe mit einem solchen Aufbau heißen Salze.
In festem Natriumchlorid wechseln sich $\mathrm{Na^+}$- und $\mathrm{Cl^-}$-Ionen im Kristall regelmäßig ab. Die Schreibweise $\mathrm{NaCl}$ gibt ihr kleinstes Zahlenverhältnis $1:1$ an. Sie bezeichnet im Feststoff kein einzelnes NaCl-Molekül.
Bei der Gitterbildung wird Energie frei. Um das Gitter vollständig in getrennte Ionen zu zerlegen, muss wieder Energie aufgewendet werden. Das erklärt, warum der Kristallverband stabil ist.
Wie das Gitter Salzeigenschaften erklärt
Die Eigenschaften eines Salzes folgen nicht allein aus den einzelnen Ionen. Entscheidend ist, ob die Ionen im Gitter festgehalten werden oder sich bewegen können.
Hohe Schmelztemperaturen
Salze besitzen typischerweise hohe Schmelztemperaturen. Zum Schmelzen müssen die starken elektrostatischen Anziehungen im gesamten Gitter weit genug überwunden werden. Natriumchlorid schmilzt beispielsweise bei $801\,\mathrm{^\circ C}$.
Elektrische Leitfähigkeit
Im festen Kristall sind die Ionen an ihre Gitterplätze gebunden. Sie können keine Ladung durch den Stoff transportieren. In einer Salzschmelze sind die Ionen beweglich; deshalb leitet sie elektrischen Strom. Auch eine Salzlösung leitet, wenn das Salz gelöst vorliegt und bewegliche Ionen vorhanden sind.
Härte und Sprödigkeit
Ionenkristalle sind hart, aber spröde. Werden Gitterebenen gegeneinander verschoben, können gleich geladene Ionen nebeneinander geraten. Sie stoßen sich ab, und der Kristall bricht, statt sich dauerhaft zu verformen.
Frage bei der Leitfähigkeit immer: Sind geladene Teilchen vorhanden und können sie sich bewegen? Im festen Ionengitter lautet die zweite Antwort nein, in Schmelze oder Lösung ja.
Wie du Verhältnisformeln aufstellst
Ein Salz ist insgesamt elektrisch neutral. Deshalb müssen sich positive und negative Ladungen ausgleichen. Die Verhältnisformel nennt das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Ionen.
Gehe in vier Schritten vor:
- Notiere beide Ionen mit ihren Ladungen.
- Suche die kleinste Anzahl, bei der die positive und negative Gesamtladung gleich groß sind.
- Schreibe diese Anzahlen als tiefgestellte Indizes. Eine $1$ wird nicht geschrieben.
- Prüfe, ob die Summe aller Ladungen null ist und das Verhältnis vollständig gekürzt ist.
Für Magnesiumchlorid sind $\mathrm{Mg^{2+}}$ und $\mathrm{Cl^-}$ gegeben. Ein Magnesium-Ion liefert $+2$. Zwei Chlorid-Ionen liefern zusammen $2\cdot(-1)=-2$.
$$1\cdot(+2)+2\cdot(-1)=0$$
Das kleinste neutrale Verhältnis ist daher $1:2$. Die Verhältnisformel lautet $\mathrm{MgCl_2}$.
Für Kaliumphosphat sind $\mathrm{K^+}$ und $\mathrm{PO_4^{3-}}$ gegeben. Drei Kalium-Ionen gleichen ein Phosphat-Ion aus:
$$3\cdot(+1)+1\cdot(-3)=0$$
Die Verhältnisformel lautet $\mathrm{K_3PO_4}$.
Die Ladungszahlen werden nicht einfach als Indizes kopiert. Entscheidend ist immer die kleinste neutrale Kombination. Aus $\mathrm{Ca^{2+}}$ und $\mathrm{O^{2-}}$ folgt deshalb $\mathrm{CaO}$, nicht $\mathrm{Ca_2O_2}$.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein Salz ist insgesamt . Ein $\mathrm{Ca^{2+}}$-Ion braucht zum Ladungsausgleich $\mathrm{F^-}$-Ionen. Die kleinste Verhältnisformel lautet deshalb .
Woran du die Ionenbindung erkennst und abgrenzt
Ein großer Unterschied der Elektronegativität begünstigt eine Elektronenübertragung. Elektronegativität beschreibt, wie stark ein Atom Bindungselektronen anzieht.
Für Natrium und Chlor kann man mit den Werten $0{,}9$ und $3{,}0$ rechnen:
$$\Delta EN=3{,}0-0{,}9=2{,}1$$
Werte um $1{,}7$ bis $1{,}9$ werden im Unterricht häufig als Richtbereich für überwiegend ionischen Charakter verwendet. Das ist keine scharfe Naturgrenze: Der Übergang zwischen polarer Elektronenpaarbindung und Ionenbindung ist fließend. Nutze daher zusätzlich die beteiligten Elemente und den Stoffaufbau.
| Modell | Typischer Aufbau | Rolle der Elektronen |
|---|---|---|
| Ionenbindung | Kationen und Anionen im Ionengitter | Elektronen wurden im Grundmodell übertragen |
| Elektronenpaarbindung | meist Nichtmetallatome in Molekülen oder Netzwerken | Atome teilen Bindungselektronen |
| Metallbindung | positive Metall-Atomrümpfe und bewegliche Elektronen | Valenzelektronen sind im Metallgitter delokalisiert |
Behaupte nicht pauschal, die Ionenbindung sei immer die stärkste Bindungsart. Bindungsstärke hängt vom konkreten Stoff und vom betrachteten Vorgang ab.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Ionenbindung
- Entstehung
- Elektronenabgabe erzeugt Kationen
- Elektronenaufnahme erzeugt Anionen
- Ionengitter
- elektrostatische Anziehung stabilisiert den Kristall
- Verhältnisformel beschreibt das Zahlenverhältnis
- Eigenschaften
- starke Gitterkräfte führen zu hohen Schmelztemperaturen
- bewegliche Ionen ermöglichen Stromleitung
- verschobene Gitterebenen erklären Sprödigkeit
- Entstehung