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Ionenbindung – Bindung der Salze

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Team Realfilm
Ionenbindung – Bindung der Salze
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse

Grundlagen zum Thema Ionenbindung – Bindung der Salze

Inhalt

Ionenbindung – Bindung der Salze

Chemie ist immer wieder erstaunlich: So können die gefährlichsten Stoffe zusammen einen völlig harmlosen Stoff bilden! Ein schönes Beispiel dafür ist die Reaktion des hoch entzündlichen Metalls Natrium (Symbol: $Na$) mit dem sehr giftigen Nichtmetall Chlor (Symbol: $Cl$) zum eher harmlosen Kochsalz, das wir täglich in der Küche nutzen. Du weißt es vielleicht schon: Kochsalz ist chemisch gesehen die Verbindung Natriumchlorid ($NaCl$).
Viele weitere alltägliche Verbindungen sind das Ergebnis einer Reaktion von Metall- mit Nichtmetallatomen, wie das Zinkoxid ($ZnO$) in der Sonnencreme oder das Natriumfluorid ($NaF$) in der Zahnpasta. Aber wie entstehen diese Verbindungen?

Die Bildung von Ionen

Atome gehen nach der Edelgasregel dann eine chemische Verbindung mit anderen Atomen ein, wenn ein energetisch besonders stabiler Zustand erreicht wird. So ein stabiler Zustand liegt vor, wenn die äußere Schale, die Valenzschale, wie bei den Edelgasatomen mit Elektronen voll besetzt ist. Eine Valenzschale ist nach der Oktettregel mit acht Elektronen voll besetzt, nur bei den zwei Elementen der ersten Periode reichen dafür schon zwei Elektronen.

Metallatome besitzen oft nur ein, zwei oder drei Außenelektronen, auch Valenzelektronen genannt. Um einen stabilen Zustand zu erreichen, geben sie die wenigen Valenzelektronen ab, sodass die darunterliegende Schale als voll besetzte Außenschale zurückbleibt. Da Elektronen negativ geladen sind, werden die eigentlich neutralen Metallatome nach Abgabe der Außenelektronen positiv geladene Ionen bzw. Metallionen. Positiv geladene Ionen werden auch Kationen genannt.
Dagegen besitzen Nichtmetallatome meist vier oder mehr Außenelektronen. Deshalb nehmen sie Elektronen auf, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Die ursprünglich neutralen Nichtmetallatome werden durch die Aufnahme von Elektronen negativ geladene Ionen, die auch Anionen genannt werden.

Beispiel für die Bildung von Ionen
Wir kommen auf die Reaktion des Metalls Natrium mit dem Nichtmetall Chlor zurück: Natrium gibt sein einziges Außenelektron an das Chloratom ab. Das Chloratom nimmt dieses Elektron auf und wird ein Chloridion. Bei dieser Reaktion bildet sich das Salz Natriumchlorid. Beide Atome erreichen in der Verbindung Natriumchlorid den besonders stabilen Zustand mit voll besetzten Außenschalen.

Man kann das mit Wortgleichungen so aufschreiben:

Elektronenabgabe:
$Natriumatom \longrightarrow Natriumion + Elektron$
Elektronenaufnahme:
$Chloratom + Elektron \longrightarrow Chloridion$
Fasst man beide Teilgleichungen zur Reaktionsgleichung zusammen, erhält man:
$Natriumion + Chloridion \longrightarrow Natriumchlorid$

In chemischer Formelschreibweise nutzt man die Symbole $Na$ für Natrium, $Cl$ für Chlor und $e^-$ für das Elektron. Bei Ionen und beim Elektron wird die Ladung oben rechts an das Symbol geheftet. Die Gleichungen sehen dann so aus:

Elektronenabgabe:
$Na \longrightarrow Na^+ + e^-$
Elektronenaufnahme:
$Cl + e^- \longrightarrow Cl^-$
Fasst man beide Teilgleichungen zur Reaktionsgleichung zusammen:
$Na^+ + Cl^- \longrightarrow NaCl$

Da sich Gegensätze anziehen, gehen das positive und das negative Ion eine starke Bindung ein. Diese Anziehungskraft wird Ionenbindung genannt. Als Produkt entsteht ein Salz.

Die Ionenbindung

Definition Ionenbindung
Eine Ionenbindung ist eine chemische Bindung zwischen elektrisch positiven und negativen Ionen. Ursache der Ionenbindung ist die elektrostatische Anziehung der entgegengesetzt geladenen Ionen. Ein Stoff, in dem Ionenbindungen vorliegen, ist ein Salz.

Das Ionengitter
In Salzen bilden die Ionen im festen Zustand ein riesiges, dreidimensionales Ionengitter. Das Bild zeigt den Aufbau des Ionengitters von Natriumchlorid. Es besteht aus größeren, negativ geladenen Chloridionen und kleineren, positiv geladenen Natriumionen.

Ionengitter Natriumchlorid

Die Bindung zwischen Ionen ist sehr stark. Es wird sehr viel Energie benötigt, um sie wieder zu trennen. Deshalb haben Ionenverbindungen hohe Schmelz- und Siedepunkte.

Im Beispiel von Kochsalz, also Natriumchlorid, sind die gefährlichen Elemente Natrium und Chlor in der Verbindung nicht mehr vorhanden. Sie wurden zu Natriumionen und Chloridionen mit vollkommen anderen Eigenschaften umgewandelt. Das Kochsalz, das wir täglich verwenden, existiert also nur, weil die Atome zu Ionen geworden sind.

Hinweise zum Video

Das Video erklärt die Ionenbindung in der Chemie. An Vorkenntnissen solltest du den Schalenaufbau der Atome und die chemischen Begriffe Element und Verbindung sowie in Grundzügen auch die Formelschreibweise beherrschen.

Übungen und Arbeitsblätter

Du findest hier auch Übungen zu der Ionenbindung und Arbeitsblätter mit Lösungen.

Transkript Ionenbindung – Bindung der Salze

Natrium. Es entzündet sich, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Dieses grünliche Gas ist Chlor. Es ist so giftig, dass es als chemische Waffe eingesetzt wird. Wenn diese beiden gefährlichen Elemente, Natrium und Chlor, chemisch verbunden werden, entsteht etwas, das völlig anders aussieht als die Ausgangsstoffe. Es ist ziemlich harmlos. Wir essen es jeden Tag. Natriumchlorid – Speisesalz. Auch viele andere alltägliche Verbindungen sind das Ergebnis einer Reaktion von Metall- mit Nichtmetallatomen, wie das Zinkoxid in Sonnencreme oder das Natriumfluorid in Zahnpasta. Aber wie entstehen diese Verbindungen? Metallatome besitzen normalerweise nur ein oder zwei Außenelektronen. Um einen stabilen Zustand zu erreichen, müssen sie diese Elektronen abgeben. So bleibt eine voll besetzte Außenschale zurück. Nichtmetalle besitzen normalerweise vier oder mehr Außenelektronen. Deshalb müssen sie Elektronen aufnehmen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Wenn also Metalle mit Nichtmetallen reagieren, können Elektronen von einem Atom zum anderen übertragen werden. Natrium gibt sein einziges Außenelektron an das Chloratom ab. So erhalten beide eine voll besetzte Außenschale. Aber nun besitzt das Chloratom ein Elektron mehr, als es Protonen im Kern hat. Es hat nun eine negative Ladung. Deshalb wird es nicht mehr Atom genannt. Es ist ein geladenes Teilchen, ein Chloridion. Das Natriumatom hat ein Elektron verloren. Es ist nun positiv geladen – ein Natriumion. Da sich Gegensätze anziehen, gehen das positive und das negative Ion eine starke Bindung ein. Diese Anziehungskraft wird Ionenbindung genannt. Die positiven Natriumionen und die negativen Chloridionen liegen dicht beieinander. Sie bilden ein riesiges, dreidimensionales Ionengitter. Die Bindung zwischen Ionen ist sehr stark. Es wird sehr viel Energie benötigt, um sie wieder zu trennen. Deshalb haben Ionenverbindungen hohe Schmelz- und Siedepunkte. Die gefährlichen Elemente Natrium und Chlor sind in der Verbindung nicht mehr vorhanden. Sie wurden zu Natriumionen und Chloridionen mit vollkommen anderen Eigenschaften. Das Salz, das wir täglich verwenden, existiert also nur, weil die Atome zu Ionen geworden sind.

11 Kommentare

11 Kommentare
  1. Gutes Video

    Von Milan , vor 3 Tagen
  2. Hallo Rotorschlee,
    Elemente der siebten Hauptgruppe haben prinzipiell das Bedürfnis, ein Elektron aufzunehmen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Für Elemente der ersten Hauptgruppe gilt dagegen das umgekehrte Prinzip, dass sie bestrebt sind, ein Elektron abzugeben, um auch hier wieder die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Stellvertretend für das Bestreben ist die Elektronegativität. Auf Sofatutor findest du dazu weitere Videos, die dir helfen könnten.
    Weiterhin viel Spaß beim Lernen, wünscht dir sofatutor!

    Von Gina Ruland, vor etwa einem Jahr
  3. WARUM WERDEN ELEKTRONEN ABGEGEBEN???

    Von Rotorschlee, vor etwa einem Jahr
  4. Super Video!

    Von .Nr. , vor fast 2 Jahren
  5. Hallo Timmi,

    die fortlaufende Ordnungszahl der Elemente im Periodensystem gibt an, wie viele Protonen ein Element besitzt. Da Atome eines Elementes ungeladen sind, ist die Anzahl der Elektronen ebenfalls so hoch wie diese Ordnungszahl.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten S., vor etwa 2 Jahren
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Ionenbindung – Bindung der Salze Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Ionenbindung – Bindung der Salze kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Metalle und Nichtmetalle im Periodensystem der Elemente an.

    Tipps

    Es gibt viel mehr Metalle als Nichtmetalle.

    Gold ist ein Metall.

    Stoffe die bei Raumtemperatur gasförmig sind, sind keine Metalle.

    Lösung

    Es gibt deutlich mehr Elemente, die zur Gruppe der Metalle gehören, als Elemente, die zur Gruppe der Nichtmetalle gehören.

    Wasserstoff $H$ ist als Gas, das einzige Nichtmetall, welches wir auf der linken Seite des Periodensystems finden. Die Alkalimetalle ($Li$ bis $Fr$) und auch die Erdalkalimetalle ($Be$ bis $Ra$) gehören zu den Metallen. Auch Aluminium $Al$, Gallium $Ga$, Indium $In$, Zinn $Sn$, Thallium $Tl$, Blei $Pb$, Bismut $Bi$ und Polonium $Po$ gehören zur Gruppe der Metalle. Zwischen dieser Gruppe und der Erdalkalimetallgruppe finden sich weitere Metalle, die Übergangsmetalle.

    Die Edelgase ($He$ bis $Rn$) gehören zu den Nichtmetallen, ebenso die Gruppe direkt links davon.

    Die nicht markierbaren Elemente gehören zur Gruppe der Halbmetalle, diese weisen sowohl Eigenschaften der Metalle wie auch der Nichtmetalle auf.

  • Nenne die chemischen Eigenschaften von Natrium, Chlor und Kochsalz.

    Tipps

    Welche Eigenschaften sollte Speisesalz (Kochsalz) haben, wenn wir es relativ risikolos im Alltag verwenden können?

    Chlor wurde vorallem in großen Mengen im 1. Weltkrieg eingesetzt.

    Lösung

    Die Stoffe Natrium, Chlor und Kochsalz haben ganz unterschiedliche Eigenschaften.

    Natrium ist ein Metall, das an der Luft sofort eine schützende Oxidschicht ausbildet. Mit Wasser reagiert es sehr heftig und gleitet dabei auf einem Wasserstoffpolster über das Wasser.

    Chlor ist ein gasförmiges Nichtmetall, dieses wirkt erstickend und verbindet sich mit der Feuchtigkeit in der Lunge zu Salzsäure. Daher wurde es im Ersten Weltkrieg als Waffe eingesetzt. Es liegt zudem als Molekül $Cl_2$ vor.

    Natriumchlorid ist ein Salz, es ist sehr reaktionsträge und bildet ein Ionengitter aus. Außerdem verwendet man es gerne zum Kochen.

  • Erkläre, wie sich Chlor und Natrium verändern, wenn sie zum Salz Natriumchlorid reagieren.

    Tipps

    Ionen besitzen mehr oder weniger Elektronen als die Atome, aus denen sie gebildet wurden.

    Elektronen besitzen eine negative Ladung.

    Elemente der Hauptgruppe werden nur so viele Elektronen abgeben, wie sich in ihrer äußeren Schale aufhalten. Sie haben dann die Elektronenkonfiguration des Edelgases aus der Periode darüber.

    Elemente der Hauptgruppe werden nur soviele Elektronen aufnehmen, wie ihnen zur vollbesetzen Außenschale noch fehlen.

    Lösung

    Chlor und Natrium besitzen einen großen Elektronegativitätsunterschied. Reagieren Natrium und Chlor miteinander, entziehen die Chloratome mit hoher Elektronegativität den Natriumatomen mit niedrigerer Elektronegativität die Elektronen aus deren äußeren Schalen.

    Natrium ist ein Element mit elf Elektronen. Davon befindet sich ein Elektron in der Valenzschale. Reagiert Natrium, gibt es das Außenelektron ab und besitzt dann die Elektronenkonfiguration von Neon. Es wird immer die Elektronenkonfiguration des Edelgases aus der Periode darüber angegeben, dabei hilft dir das Periodensystem. Durch die Abgabe des Elektrons ist Natrium zu einem Ion mit positiver Ladung geworden, zu $Na^+$. Positiv geladene Ionen werden als Kationen bezeichnet.

    Chlor ist ein Element mit 17 Elektronen. Davon befinden sich sieben Elektronen in der Valenzschale. Reagiert Chlor, nimmt es ein weiteres Elektron auf und besitzt dann die Elektronenkonfiguration von Argon. Durch die Aufnahme des Elektrons ist Chlor zu einem Ion mit negativer Ladung geworden, zu $Cl^-$. Negativ geladene Ionen werden als Anionen bezeichnet.

    Ein Ion besitzt immer eine Ladung und seine Elektronenzahl stimmt nicht mehr mit der Kernladungszahl (Ordnungszahl) überein.

    Verbinden sich positive Kationen und negative Anionen und gleicht sich dabei ihre Ladung aus, hat sich ein Salz gebildet. In diesem Beispiel hat sich das Salz NaCl gebildet.

  • Erkläre, was eine Ionenbindung ist.

    Tipps

    Elektronen sind negativ geladen.

    Ein elektronegatives Atom zieht stärker an Elektronen als ein weniger elektronegatives Atom.

    Lösung

    Eine Ionenbindung ist keine Atombindung, wie du sie von den Molekülen kennst. Bei der Ionenbindung gibt es keine Bindungselektronen, da diese bei der Ionenbildung komplett übertragen wurden.

    Dafür wirkt jedoch eine sehr starke elektromagnetische Anziehung zwischen den unterschiedlich geladenen Ionen. Die Ionenbindung ist diese Anziehung. Die Ionen versuchen sich dabei so anzuordnen, das sie den größtmöglichen Kontakt zu den anders geladenen Ionen aufweisen und den kleinstmöglichen Kontakt zu den gleichgeladenen Ionen aufweisen. So bildet sich das Ionengitter eines Salzes.

  • Gib die Formeln von Natrium, Chlor und Natriumchlorid an.

    Tipps

    Die Elementsymbole findest du im Periodensystem.

    Metalle liegen in Metallbindungen vor, hier reicht es exemplarisch, nur das Elementsymbol hinzuschreiben.

    Nichtmetalle kommen, wenn sie keine vollständig gefüllte Außenschale besitzen (Edelgaskonfiguration), als Moleküle vor.

    Salze sind Verbindungen aus Metall und Nichtmetall.

    Lösung

    Das Elementsymbol des Natriums ist $Na$. Da Natrium als Metall vorliegt, reicht es, $Na$ als Formel anzugeben.

    Chlor ist ein Nichtmetall und hat keine gefüllte Außenschale. Chlor liegt daher als Molekül vor. Das Elementsymbol von Chlor ist $Cl$, es bildet das Molekül $Cl_2$.

    Die Formel von Natriumchlorid ist $NaCl$. Natrium gibt bei der Reaktion ein Elektron ab und wird zu $Na^+$, Chlor nimmt ein Elektron auf und wird zu $Cl^-$. Gemeinsam bilden diese Ionen ein Ionengitter, dessen kleinstes Element $NaCl$ ist.

  • Gib an, welche dieser Reaktionen zu Salzen führen.

    Tipps

    Nur wenn Metalle und Nichtmetalle reagieren, bildet sich als Produkt ein Salz.

    Die Metalle findest du von unten links beginnend im PSE.

    Die Nichtmetalle findest du von oben rechts beginnend im PSE.

    Lösung

    Ein Salz kann sich bilden, wenn mindestens zwei Stoffe mit einem großen Unterschied in ihrer Elektronegativität $\Delta EN$ reagieren.

    Dabei gilt für viele Verbindungen diese Einteilung:

    $\begin{array}{c|c} \text{Elektronegativitätsdifferenz }\Delta EN & \text{Bindungsart}\\ \hline \Delta EN>1,7 & \text{ionische Bindung}\\ \hline 1,7>\Delta EN>0,4 & \text{polare Bindung}\\ \hline \Delta EN<0,4 & \text{unpolare Bindung} \end{array}$

    Also erst ab einem Elektronegativitätsunterschied von 1,7 kann man bei vielen Verbindungen von einer ionischen Bindung ausgehen, die dann ein Salz bilden kann.

    Polare und unpolare Bindungen sind dagegen kovalente Bindungen, führen also zur Bildung von Molekülen.

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