Ionenbindung

Die Ionenbindung führt zur Bildung von Salzen. Ein bekanntes Salz ist Natriumchlorid, das für uns lebensnotwendige Kochsalz. Salzformeln verweisen auf den Aufbau der Kristallgitter von Salzen.

Arbeitsmittel

Grundlagen

Bei der Ionenbindung geben Metallatome ihre Außenelektronen an Nichtmetallatome ab. Durch die Elektronenabgabe bilden sich Metall-Kationen (positiv geladen). Durch die Elektronenaufnahme der Nichtmetallatome bilden sich Nichtmetall-Anionen (negativ geladen). Aufgrund der unterschiedlichen Ladungen von Kationen und Anionen ziehen sich diese durch elektrostatische Wechselwirkungen an.

Durch die Übertragung von Elektronen erreichen Metalle und Nichtmetalle eine volle Außenschale.

Ladung von Ionen

Ladung von Kationen

Metall-Atome geben ihre Außenelektronen ab, um eine volle Außenschale zu erreichen. Die dadurch positiv geladenen Ionen nennt man Kationen.

Bildung eines Natrium-Kations

Die positive Ladung des Kations entspricht der Anzahl der abgegebenen Elektronen: Magnesium aus der 2. Gruppe hat zwei Außenelektronen und gibt beide ab. Die Protonen im Kern sind in der Überzahl – die Ladung des Ions ist somit 2+ (man schreibt: Mg$$^{2+}$$).

Bildung eines Magneium-Kations

Ladung von Anionen

Nichtmetall-Atome nehmen Elektronen auf, um eine volle Außenschale zu erreichen. Die dadurch negativ geladenen Ionen nennt man Anionen.

Bildung eines Chlorid-Anions

Die negative Ladung des Anions entspricht der Anzahl der aufgenommenen Elektronen: Sauerstoff aus der 16. Gruppe hat 6 Außenelektronen und nimmt noch 2 auf. Die Ladung der Ionen ist daher 2- (O$$^{2-}$$).

Man kann die Ladung der Anionen auch berechnen:
Anzahl der Außenelektronen minus 8.
Bildung eines Oxid-Anions

Salze und Salzformeln

Durch die elektrostatische Anziehung zwischen Kationen und Anionen entstehen regelmäßige Gitter, die als Kristallgitter oder Ionengitter bezeichnet werden. Es entstehen Salze. Diese sind nach außen hin ungeladen, das bedeutet, dass in einem Kristallgitter immer gleich viele positive wie negative Ladungen vorliegen.

Die Salzformel für Natriumchlorid ist NaCl. In dieser Formel wird das Ionenverhältnis im Kristallgitter angeben. Man spricht daher auch von Verhältnisformeln. Bei Natriumchlorid sind die Natrium-Ionen einfach positiv geladen und die Chlorid-Ionen einfach negativ geladen. Somit besteht das Ionengitter aus gleich vielen Natrium-Ionen wie Chlorid-Ionen, es liegt das Ionenverhältnis 1:1 vor.

Zeigt das Kristallgittermodell von Natriumchlorid
Kristallgitter von Natriumchlorid
Kochsalz
Kochsalz in kristalliner Form

Aufstellen von Salzformeln und Salznamen

  • Das Kation (Metall) wird immer vor dem Anion (Nichtmetall) angeführt: NaCl (Natriumchlorid).
  • Metall-Kationen tragen den Namen des Elements (z. B. Natrium).
  • Kommt nur eine Sorte an Nichtmetallen im Salz vor, so endet der Name des Anions mit „id“: Natriumchlorid.
  • Besteht das Anion aus mehreren Atomsorten (zusammengesetztes Anion), so erhält dieses einen eigenen Namen: CuSO4 (Kupfersulfat).
  • In der Salzformel müssen immer gleich viele positive wie negative Ladungen vorkommen (d. h. Salze sind nach außen hin ungeladen).
  • Es muss das einfachste Ionenverhältnis angegeben werden MgCl2 (Magnesiumchlorid), nicht: Mg2Cl4.
NaCl ➞ Ionenverhältnis: 1:1 d. h. im Ionengitter kommen gleich viele Na$$^{+}$$- wie Cl$$^{-}$$-Ionen vor.
MgCl2 ➞ Ionenverhältnis: 1:2 d. h. im Ionengitter kommen doppelt so viele Cl$$^{-}$$- wie Mg$$^{2+}$$-Ionen vor.
Du kannst überprüfen, ob du das Verhältnis richtig angeführt hast; z. B. bei Aluminiumoxid, Al2O3.

Beachte
Manche Anionen tragen einen Kurznamen, der sich von seiner lateinischen oder griechischen Bezeichnung ableitet (z. B. Oxid-Ion).

AnionLadungBezeichnungBeispiel
F$$^{-}$$ 1- Fluorid Natriumfluorid (NaF)
Cl$$^{-}$$ 1- Chlorid Magnesiumchlorid (MgCl$$_2$$)
Br$$^{-}$$ 1- Bromid Kaliumbromid (KBr)
I$$^{-}$$ 1- Iodid Calciumiodid (CaI$$_2$$)
O$$^{-}$$ 2- Oxid Lithiumoxid (Li$$_2$$O)
S$$^{-}$$ 2- Sulfid Rubidiumsulfid (Rb$$_2$$S)
N$$^{-}$$ 3- Nitrid Aluminiumnitrid (AlN)
P$$^{-}$$ 3- Phosphid Calciumphosphid (Ca$$_3$$N$$_2$$)

Beachte
Zusammengesetzte Anionen tragen eigene Namen. Diese enden auf -it oder -at.

AnionLadungBezeichnungBeispiel
NO$$_{3}$$$$^{-}$$ 1- Nitrat-Ion Kaliumnitrat (KNO$$_3$$)
NO$$_2$$$$^{-}$$ 1- Nitrit-Ion Natriumnitrit (NaNO$$_2$$)
CO$$_3$$$$^{2-}$$ 2- Carbonat-Ion Magnesiumcarbonat (MgCO$$_3$$)
SO$$_4$$$$^{2-}$$ 2- Sulfat-Ion Calciumsulfat (CaSO$$_4$$)


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Eigenschaften von Salzen

Salze liegen bei Raumtemperatur als harte, spröde Feststoffe vor. Ihre Schmelzpunkte sind vergleichsweise hoch, da aufgrund der Gitterenergie (die für den Zusammenhalt der Ionen im Kristallgitter sorgt) beim Schmelzen entsprechend viel Energie aufgebracht werden muss. Diese Gitterenergie wird bei den meisten Salzen beim Lösen in Wasser überwunden, weshalb die meisten Salze gut wasserlöslich sind.

Bild eines großen Steinsalzkristalls
Steinsalzkristall

Eine elektrische Leitfähigkeit liegt bei einer Substanz vor, wenn diese frei bewegliche, geladene Teilchen besitzt. Daher sind Salze als Feststoff nicht leitend. In Wasser gelöste Salze (Lösungen) oder Schmelzen von Salzen leiten jedoch Strom.

Die charakteristischen Eigenschaften von Stoffen lassen sich mit deren Strukturen begründen. Hier kannst du die Bindungsarten und die Eigenschaften der verschiedenen Bindungstypen noch genauer kennenlernen!

Gut zu wissen!
Natriumchlorid (Ionen: Na$$^{+}$$, Cl$$^{-}$$) ist das aus der Küche bekannte, lebensnotwendige Kochsalz. Bereits seit Jahrtausenden werden Salze wie Natriumchlorid und Kaliumnitrat (Ionen: K$$^{+}$$, NO$$_{3}^{-}$$) zur Konservierung von Lebensmitteln verwendet. Seit den 1960er-Jahren wird unser Speisesalz jodiert (z. B. mit Kaliumiodat, Ionen: K$$^{+}$$, IO$$_{3}^{-}$$), um einem Iodmangel in der Gesellschaft vorzubeugen.
Kaliumiodid-Tablette (Ionen: K$$^{+}$$, I$$^{-}$$) liegen in Schulen für den Ernstfall bereit: kommt es zu einem Reaktorunfall, werden diese eingenommen, damit die Schilddrüse über die Atmung aufgenommenes, radioaktives Iod ($$^{131}$$I) nicht einbaut. So wird sie vor strahlenbedingtem Schilddrüsenkrebs geschützt.
10. Ionenbindung
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