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Salze und Ionengitter

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André Otto
Salze und Ionengitter
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Grundlagen zum Thema Salze und Ionengitter

Inhalt

Salze und Ionengitter – Chemie

Wusstest du, dass Salze Ionengitter ausbilden? In der Chemie hört man manchmal auch den Begriff Salzgitter. Nur wie entsteht ein Ionengitter? Wie ist ein Ionengitter aufgebaut und welche Eigenschaften haben Salze? Das erfährst du hier in diesem Lerntext.

Was ist ein Ionengitter? – Definition

Salze bestehen aus positiv geladenen Ionen (Kationen) und negativ geladenen Ionen (Anionen). Bei der Bildung von Salzen ordnen sich diese in einer Gitterstruktur an, was einer regelmäßigen räumlichen Anordnung entspricht. Aber wie entsteht ein Ionengitter und welche Kräfte gibt es im Ionengitter? Einfach erklärt ist ein Ionengitter ein Verband aus verschieden geladenen Ionen, die sich in alle Richtungen durch die sogenannten Coulombkräfte anziehen. Das Ionengitter entsteht also durch die Ionenbindung.

Folgendes Beispiel soll das eben Beschriebene verdeutlichen: Das (gefährliche) Metall Natrium $\ce{Na}$ und das (giftige) Gas Chlor $\ce{Cl}$ reagieren zu dem lebensnotwendigen Kochsalz Natriumchlorid $\ce{NaCl}$. Im Kochsalz werden die Natrium- und Chloridionen durch die Ionenbindung zusammengehalten. Um die Struktur des Kochsalzes richtig widerzuspiegeln, wird statt der Summenformel $\ce{NaCl}$ die Ionenschreibweise $\ce{Na+ Cl-}$ verwendet. Die Reaktionsgleichung zur Bildung von Natriumchlorid siehst du hier:

$\ce{2Na+ + {{Cl_2}^-} -> 2Na+Cl-}$

Das Kochsalz Natriumchlorid $\ce{Na+ Cl-}$ bildet dabei eine Gitterstruktur – das Ionengitter – aus. Wie sich ein Ionengitter ausbildet und wie das Ionengitter von Natriumchlorid aufgebaut ist, zeigt die folgende Abbildung:

Beispiele Ionengitter Struktur und Modell zeichnen Natriumchlorid NaCl

Ionengittertypen – Erklärung

Ionenkristalle können unterschiedliche Formen annehmen. Die Struktur des Ionengitters ist abhängig vom Größen- und Ladungsverhältnis der Ionen. Die Koordinationszahl gibt dabei an, wie viele Anionen ein Kation in einer sogenannten Elementarzelle umgeben. Die Elementarzelle ist die kleinste geometrische Einheit eines Ionengitters. Beispielsweise besteht die Elementarzelle von Natriumchlorid aus sechs Natriumionen und sechs Chloridionen, die sich im Ionengitter ständig wiederholt.

Welche Moleküle bilden Ionenkristalle? In der Tabelle sind drei Salze mit einem kubischen Kristallsystem gezeigt.

Salze Koordination Kristallsystem
Sphalerit (Zinkblende)
$\ce{ZnS}$
$\ce{Zn^{2+}S^{2-}}$
4 : 4 (Jedes Zinkkation ist von 4 Sulfidanionen umgeben und jedes Sulfidanion ist von 4 Zinkkationen umgeben.) kubisch
Natriumchlorid
$\ce{NaCl}$
$\ce{Na+Cl-}$
6 : 6 (Jedes Natriumkation ist von 6 Chloridanionen umgeben und jedes Chloridanion ist von 6 Natriumkationen umgeben.) kubisch
Caesiumchlorid
$\ce{CsCl}$
$\ce{Cs+Cl-}$
8 : 8 (Jedes Caesiumkation ist von 8 Chloridanionen umgeben und jedes Chloridanion ist von 8 Caesiumkationen umgeben.) kubisch

Wie viele Ionen miteinander verbunden sind, ist vor allem abhängig davon, wie groß das Verhältnis zwischen dem Ionenradius der Reaktionspartner ist. Bei einem sehr großen Kation, wie dem $\ce{Cs+}$, und einem sehr kleinen Anion, wie dem $\ce{Cl-}$, ist die Koordinationszahl deshalb groß.

Eine Sonderform des Ionengitters ist Kristallwasser. Dabei sind die Wassermoleküle in den kristallinen Strukturen gebunden.

Eigenschaften von Salzen und Ionengitter

Salze können in unterschiedlichen Farben oder Kristallen auftreten. Dennoch haben sie auch einige Gemeinsamkeiten. Die Eigenschaften, die den Salzen gemeinsam sind, wurden in der folgenden Liste notiert.

  • Salze haben eine Gitterenergie. Das ist diejenige Energie, die aufgewendet werden muss, um ein Ionengitter zu zerstören. Aufgrund dieser Gitterenergie ist ein Ionengitter sehr stabil. Natriumchlorid hat beispielsweise eine Gitterenergie von $\pu{788 kJ//mol}$.
  • Salze bestehen aus einem Nichtmetallion mit einem Metallion. Zwischen den Anionen und Kationen eines Salzes liegt eine hohe Differenz in den Elektronegativitäten vor (Ionenbindung: ${\Delta EN} > 1,7$).
  • Außerdem haben Salze eine hohe Kristallisationsfähigkeit sowie einen hohen Schmelzpunkt. Bei Natriumchlorid beträgt er beispielsweise $ \pu{801 °C}$.
  • Salzschmelzen können den elektrischen Strom leiten, wobei die Ionen als Ladungsträger dienen.
  • Die meisten Salze sind wasserlöslich.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, was ein Salzionengitter ist, wie es zum Ionengitter kommt, welche Kristallgitter von Ionen ausgebildet werden, wie ein Ionenkristall entsteht, wie ein Salz aufgebaut ist und wie die Gitterenergie entsteht. Die räumliche Struktur von Salzen zeigt sich durch die Bildung eines Ionengitters. Dabei ordnen sich die Ionen dreidimensional an, weil sie sich gegenseitig von allen Seiten anziehen. Bei dieser Anziehung handelt es sich um Ionenbindungen. Bei Natriumchlorid spricht man auch von einem Kochsalzkristall. Einfach erklärt ist das Ionengitter des Kochsalzes ein kubischer Kristall, der sich aus sich wiederholenden Einheiten von sechs Natriumionen und sechs Chloridionen bildet.

Wenn du noch mehr über wichtige Salze und Ionen oder die Bedeutung von Salzen erfahren möchtest, kannst du dir die Videos dazu anschauen. Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript Salze und Ionengitter

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um Salze und Ionengitter. Als Vorkenntnisse solltet ihr solides Wissen über das Atom, den Atombau, die Valenzelektronen, die Oktettregel und die Edelgaskonfiguration mitbringen. Mein Ziel ist es, euch eine erste Bekanntschaft mit Salzen und dem Ionengitter zu vermitteln. Der Film besteht aus 5 Abschnitten: 1. Kochsalz aus den Elementen 2. Das Ionengitter 3. Verschiedene Ionengitter 4. Eigenschaften von Salzen 5. Zusammenfassung   1. Kochsalz aus den Elementen Betrachten wir einmal 3 Stoffe. Zum einen Natrium, daneben Chlor und als drittes Kochsalz. Bei Natrium handelt es sich um ein Metall, Chlor ist ein Nichtmetall und Kochsalz ein Salz. Natrium ist fest, Chlor ein Gas und Kochsalz ist auch eine feste Verbindung. Das Erstaunliche jedoch ist, dass Natrium mit Chlor reagiert und dabei ein Stoff entsteht, nämlich Kochsalz, der sich in den Eigenschaften völlig vom Natrium und vom Chlor unterscheidet. Aus einem gefährlichen Metall und einem giftigen Gas entsteht eine lebensnotwendige chemische Verbindung. Wir schreiben als chemische Formelgleichung: 2Na+Cl2->2NaCl Die Summenformel NaCl spiegelt die Struktur des Kochsalzes nicht wider. Korrekter ist es, zu schreiben: Na+Cl- . Wir merken uns: Verbindungen, die im festen Zustand aus Ionen aufgebaut sind, bezeichnet man als Salze.   2. Das Ionengitter Wenn von der Struktur eines Salzes, zum Beispiel des Kochsalzes, die Rede ist, so kann man sich auf verschiedenen Darstellungsebenen bewegen. Ihr habt bereits von mir gehört, dass die Summenformel NaCl die Struktur des Kochsalzes nur schlecht widerspiegelt. Wenn wir die Ionen entsprechend markieren, Na+ und Cl-, so kommen wir der Wahrheit schon etwas näher. Am besten wäre es, die Struktur des Natriumchlorides so zu präsentieren. Eine solche ausführliche Anordnung der Ionen eines Salzes im Raum bezeichnet man als Ionengitter. Ein Ionengitter ist ein Verband verschiedenartig geladener Ionen, die in allen Richtungen ihre Anziehungskräfte wirken lassen. Unter Ionenbindung versteht man die Coulombschen Anziehungskräfte, die entgegengesetzt geladene Ionen zusammenhalten. Damit haben wir eine zweite Art der chemischen Bindung neben der Metallbindung kennengelernt. Die kovalente Bindung werden wir noch kennenlernen.   3. Verschiedene Ionengitter Salze können in verschiedenen Gitterstrukturen vorliegen. 3 klassische Strukturen sind die Strukturen der Salze: Cäsiumchlorid, Natriumchlorid und Zinkblende. Cäsiumchlorid hat die Formel CsCl, Natriumchlorid: NaCl und Zinkblende: ZnS. Die Anzahl der Anionen, die jeweils um ein Kation angeordnet ist, ist in allen 3 Salzen verschieden. Für Cäsiumchlorid beträgt diese Zahl 8, für Natriumchlorid 6 und für Zinkblende 4. Diese Werte korrespondieren mit den Radienverhältnissen von Kation zu Anion in ein und demselben Salz. Dieses Verhältnis nimmt vom Cäsiumchlorid über das Natriumchlorid zur Zinkblende ab.   4. Eigenschaften von Salzen Salze kommen in sehr großer Vielfalt und in sehr verschiedenen Farben vor, und trotzdem haben sie Eigenschaften, die allen ihren Vertretern gemein sind. Salze bilden stets ein Ionengitter aus. Um das Gitter zu zerstören, das heißt, die einzelnen Kationen und Anionen voneinander zu trennen, bedarf es der sogenannten Gitterenergie. Sie beträgt für Natriumchlorid 788 kJ/mol. Die Elektronegativitätsdifferenz der Reaktionspartner ist hoch, als Grenzwert wird 1,7 festgelegt. Salze zeichnen sich durch eine gute Kristallisationsfähigkeit aus. Sie besitzen in der Regel einen hohen Schmelzpunkt. Bei Natriumchlorid beträgt dieser 801°C. Salzschmelzen leiten elektrischen Strom. Hier fungieren die Ionen als Ladungsträger. Ein beachtlicher Anteil der Salze, ich würde sogar sagen recht viele, sind wasserlöslich.   5. Zusammenfassung 2Na+Cl2->2NaCl. Das gefährliche Metall Natrium reagiert mit dem giftigen Nichtmetall Chlor zum lebensnotwendigen Natriumchlorid. Die Struktur dieses Salzes lässt sich besser durch die Ionenschreibweise Na+Cl- darstellen. Tatsächlich bilden Salze ein Ionengitter, das aus einer riesengroßen Zahl von Kationen und Anionen aufgebaut ist. Gegenseitig geladene Teilchen, wie Kationen und Anionen, ziehen sich bekanntlich an. Diese Anziehung bezeichnet man als Ionenbindung. Salze bilden verschiedene Gittertypen aus. 3 wichtige Klassiker sind die Gitter des Cäsiumchlorids, des Natriumchlorids und der Zinkblende. Die Koordinationszahlen, das heißt, die Zahlen der Anionen, die sich um ein Kation regelmäßig anordnen, betragen entsprechend 8, 6 und 4. Diese Werte lassen sich durch das fallende Verhältnis von Kationen- zu Anionenradius erklären. Die Gitterenergie ist jene Energie, die man benötigt, um ein Salzgitter in die entsprechenden Ionen zu überführen. Für Natriumchlorid beträgt sie 788 kJ/mol. So unterschiedlich Salze auch in ihren Erscheinungsformen auftreten, sie haben noch eine Anzahl gemeinsamer Eigenschaften: Salze sind gut kristallierende Verbindungen. Sie besitzen in der Regel einen hohen Schmelzpunkt. Schmelzen leiten den elektrischen Strom. Ladungsträger sind die Ionen. Viele Salze sind wasserlöslich. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute! Auf Wiedersehen!

7 Kommentare

7 Kommentare
  1. Sehr gutes und Informativ hochwertiges Video.
    Da gehen Lob und Ehre an diesen Lehrer.
    Liebe Grüße aus der 10 Klasse ;).

    Von Freddy H., vor mehr als einem Jahr
  2. Nun gut

    Von Deleted User 965130, vor etwa 2 Jahren
  3. Danke sehr guter Chemie Lehrer

    Von Deleted User 309121, vor etwa 6 Jahren
  4. Korrektur:
    Beim Lesen ist mir aufgefallen, dass ich für Sublimat die falsche Formel angegeben habe. Sie lautet HgCl2. Die in der letzten Mitteilung genannte Formel entspricht der Zusammensetzung von Kalomel.
    Alles Gute
    André

    Von André Otto, vor etwa 6 Jahren
  5. Guten Abend,

    es gibt sehr viele gefährliche Salze. Einige Beispiele:
    1. Kaliumcyanid, KCN ("Cyankali") oder Natriumcyanid, NaCN. Die Ionen CN- sind selbst in geringer Menge tödlich.
    2. Sublimat, Hg2Cl2. Das Salz ist gut wasserlöslich, liefert Ionen Hg2 2+ und ist daher sehr giftig.
    3. Kaliumdichromat, K2Cr2O7. Die Wirkung erfolgt langsamer, ist aber sehr fatal: Krebs. So wie bei allen Chrom (VI) - Verbindungen.
    4. Cadmiumsalze sind sehr giftig.
    5. Natriumfluorid, NaF, beugt in geringen Mengen der Karies vor. In größeren Dosen ist die Verbindung giftig.
    Das sind nur einige von sehr vielen Beispielen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor etwa 6 Jahren
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Salze und Ionengitter Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Salze und Ionengitter kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe die Herstellung von Kochsalz.

    Tipps

    Beschreibe zuerst die Eigenschaften aller beteiligten Stoffe.

    Lösung

    Kochsalz wird auch Natriumchlorid genannt. Dieser Name verrät dir die beiden beteiligten Elemente Natrium und Chlor.

    $ 2~Na + Cl_2 \rightarrow 2~NaCl$

    Durch die Reaktion von Metall und Nichtmetall entsteht das Salz. Salze bestehen aus Ionengittern, wobei sich die positiven Ladungen der Kationen und die negativen Ladungen der Anionen anziehen.

  • Benenne die Eigenschaften von Salzen und Ionengittern.

    Tipps

    Überlege dir, wie Salze aufgebaut sind und welche Eigenschaften daraus resultieren können.

    Lösung

    Die Ionen von Salzen sind gitterförmig angeordnet und es bedarf der Gitterenergie, um die Gitter aufzubrechen. Salze haben einen hohen Schmelzpunkt und die Schmelze leitet den elektrischen Strom.

    Alle Eigenschaften der Salze lassen sich mit der Gitterstruktur gut erklären. Da diese Ionengitter sehr stabil sind, braucht es viel Energie, um diese Gitter aufzubrechen. Immer wenn das Ionengitter in einzelne freie Ionen aufgelöst wird (durch Schmelzen oder Lösen in Wasser), leitet es Strom.

    Von einer Ionenbindung spricht man ab einer Elektronegativitätsdifferenz zwischen den einzelnen Reaktionspartnern > 1,7.

  • Formuliere die Reaktionsgleichung für die Entstehung von Salzen.

    Tipps

    Die gegebenen Salze bestehen jeweils aus Metall und Nichtmetall.

    Achte auf die richtigen stöchiometrischen Zahlen. Was auf der Seite der Ausgangsstoffe eingesetzt wird, muss auf der Produktseite auch wieder erscheinen.

    Lösung

    Salze bestehen aus einem Nichtmetallion mit einem Metallion. Eine Reaktion kann zum Beispiel stattfinden, wenn ein Metall mit der Luft während einer Verbrennung reagiert.

    Achte darauf, dass die Reaktionen immer ausgeglichen sind. Auf beiden Seiten des Reaktionspfeiles müssen gleich viele Teilchen von einem Stoff vorliegen. Nehmen wir zum Beispiel die Entstehung von $Al_2O_3$:

    Reaktionsgleichung aufschreiben:

    $Al$ + $O_2$ $ \longrightarrow$ $Al_2O_3$

    Die Anzahl der Teilchen auf Eduktseite und Produktseite vergleichen und ausgleichen:

    $4~Al +3~O_2 \longrightarrow 2~Al_2O_3$

  • Ermittle die Bindungsarten in den genannten Verbindungen.

    Tipps

    Elektronegativitäten:

    O=3,5 H=2,1 S= 2,5 Cl=3,0 Br=2,8 Zn=1,6 Cu=1,9 Na=0,9 Ca=1,0 K=0,8 Mg=1,2 Sn=1,8

    Zwei Metalle bilden immer eine Metallbildung.
    Ein Metall und ein Nichtmetall verbindet meist eine Ionenbindung.
    Zwei Nichtmetalle bilden meist kovalente Bindungen.

    Lösung

    Zunächst schaust du dir die Reaktionspartner an: Bei Metall + Metall liegt eine Metallbindung vor. Das ist der Fall bei CuSn und CuZn.

    Zusätzlich bestimmst du dann die Differenz der Elektronegativitäten der beteiligten Metalle. Ionenbindung: ΔEN: > 1,7 Kovalente Bindung: ΔEN: < 1,7

    Schauen wir uns das einmal für das Beispiel CaO an:

    1. Elektronegativität der einzelnen Elemente aus dem Periodensystem ablesen: Ca= 1,0; O = 3,5
    2. Differenz bilden: EN(O)-EN(Ca)= 3,5-1,0 = 2,5
    3. Ergebnis bewerten: 2,5 > 1,7
    In diesem Fall liegt also eine Ionenbindung vor.

  • Erkläre, wie die Koordinationszahl zustandekommt.

    Tipps

    In einem Gitter wird das Verhältnis von Kationen und Anionen bestimmt.

    Lösung

    Die Koordinationszahl gibt genau an, wie viele Anionen mit einem Kation verbunden sind. Das ist vor allem abhängig davon, wie groß das Verhältnis zwischen dem Ionenradius der Reaktionspartner ist. Bei einem sehr großem Kation, wie dem $Cs^+$, und einem sehr kleinem Anion, wie dem $Cl^-$, ist die Koordinationszahl groß.

  • Unterscheide die einzelnen Ionengitter anhand ihrer Eigenschaften.

    Tipps

    Beachte die Ionenradien im Periodensystem.

    Ionenradien in pm:

    $Na^+: 98$

    $Mg^{2+}: 78$

    $Cs^+: 165$

    $ Zn^{2+}: 83$

    $Ag^+: 113$

    $Cl^-: 181$

    $O^{2-}: 132$

    $S{2-}: 195$

    $Br^-: 196$

    $I^-: 220$

    Lösung

    Ionenradien von Anionen sind immer größer als Ionenradien von Kationen, wenn man das gleiche Element vergleicht. Innerhalb einer Hauptgruppe nimmt der Ionenradius mit der Periode zu.

    Aus dem Verhältnis der Größe von Kationen und Anionen, lässt sich eine Vermutung zum Ionengitter aufstellen. Sehr große Anionen benötigen viel Platz, und wenn das Kation dazu sehr klein ist, ist die Zahl der Anionen, die sich um das Kation anordnen, sehr klein. Das ist bei Zinkblende der Fall. Es können sich nur 4 Sulfidionen um das Zink-Kation anordnen.

    Sind die Anionen kleiner und das Kation größer, können sich auch mehr Anionen um das Kation anordnen, so wie im Cäsiumchlorid. Da befinden sich 8 Anionen rund um das Kation.

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