Aufbau und Eigenschaften von Ionenverbindungen

Aufbau und Eigenschaften von Ionenverbindungen
B2 Vergleich der Radien von Atomen und Ionen
der Elemente der 1., 2., 6. und 7. Hauptgruppe B3
Schmelztemperaturen einiger Salze mit Natriumchloridstruktur(in
o C)
LiF
870
NaF
992
NaCI
801
KCI
770
NaBr
747
KBr
734
Nal
660
Kl
681
Rbl
647
MgO
2800
CaO
2570
SrO
2430
BaO
1920
lonenverbindungen (Salze) haben einige charakteristische
Eigenschaften. Salzschmelzen und
Salzlösungen leiten den elektrischen Strom.
Salzkristalle sind hart und spröde. Zum Schmelzen
von Salzen sind meist hohe Temperaturen erforderlich.
Diese Eigenschaften lassen sich mit dem
Aufbau der lonenverbindungen erklären.
Eigenschaften von lonenverbindungen. Kochsalzkristalle
lassen sich nicht verformen, sondern
zerspringen in viele kleine Kristalle, wenn man mit
dem Hammer auf sie schlägt. Diese Sprödigkeit
resultiert daraus, dass bei der Verschiebung der
Schichten um den Durchmesser eines Ions gleich
geladene Ionen nebeneinander liegen. Die Abstoßungskräfte
überwiegen, die Schichten stoßen
sich ab, der Kristall spaltet sich (-->B1).
Die hohen Schmelztemperaturen der lonenverbindungen
(-->B3) lassen erkennen, dass zwischen
den Ionen im lonengitter starke Anziehungskräfte
wirken. Bei Temperaturerhöhung, also bei Energiezufuhr,
schwingen die Ionen immer stärker um
ihre Gitterplätze. Erst bei hohen Temperaturen
können die Ionen diese Plätze verlassen, das Gitter
bricht zusammen, das Salz schmilzt. Die
Schmelze enthält als Ladungsträger bewegliche
Ionen. Auch beim Lösen eines Salzes in Wasser
verlassen die Ionen ihre Gitterplätze. Die freibeweglichen
Ionen sind von Wassermolekülen umhüllt.
In der Reihe Kaliumchlorid, Kaliumbromid und
Kaliumiodid nehmen die Schmelztemperaturen ab
(-->B3). Dies gilt auch für die entsprechenden
Natriumhalogenide.
Diese Regelmäßigkeit in der Abstufung der
Schmelztemperaturen kann man erklären, wenn
man die Anziehungskräfte zwischen den Ionen
verschiedener Größe vergleicht. Die Anziehungskräfte
sind umso größer,
Aluininiumoxid ist eine lonenverbindung, die
sehr vielseitig verwendet wird. Als weißes,
oberflächenreiches Pulver ist es ein ausgezeichnetes
Anlagerungsmittel (Adsorbens)
z.B. für Farbstoffe in der Chromatographie.
Beim Erhitzen auf 11OO°C und darüber verbackt
das Pulver und bildet eine Aluminiumoxidkeramik
von hoher Verschleißfestigkeit und
Temperaturbeständigkeit, die zur Auskleidung
von Industrieöfen, als Trägermaterial für Katalysatoren,
in Werkzeugen zur Feinschleiferei
und in Maschinenteilen der Textil- und Drahtindustrie
Verwendung findet. Auch Hüftgelenkprothesen
und Zahnimplantate werden aus
Aluminiumoxidkeramik hergestellt. Beim „Einpflanzen"
überziehen sich die Implantate mit
einer Eiweißschicht, die körpereigene Abwehr
stößt die Implantate deshalb nicht ab. Aluminiumoxid
ist also auch im höchsten Maße körperverträglich.

je geringer der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Ionen ist.
Auch Abstoßungskräfte zwischen gleichnamig geladenen Ionen
beeinflussen die Schmelztemperatur, besonders wenn große negativ
geladene Ionen durch kleine positiv geladene Ionen getrennt
sind. Dieser Einfluss zeigt sich beim Vergleich der Schmelztemperaturen
von Natrium- und Kaliumiodid. Die Schmelztemperaturen der
Erdalkalimetalloxide unterscheiden sich stark von denen der Alkalimetallhalogenide.
Die sehr hohen Schmelztemperaturen der Erdalkalimetalloxide
lassen sich auf die großen Anziehungskräfte zurückführen,
die zwischen den jeweils zweifach geladenen Ionen wirken.
Die Anziehungskräfte zwischen Ionen sind umso größer, je
höher deren Ladung und je geringer der Abstand zwischen
ihren Mittelpunkten ist.
lonenladung und Formeln von lonenverbindungen. Die Ladung
der positiv und die der negativ geladenen Ionen bestimmen gemeinsam
das Anzahlverhältnis der Ionen im Gitter. Die Anzahl
der positiven Ladungen muss mit der Anzahl der negativen Ladungen
übereinstimmen. Bei gleicher Ladungszahl der positiv
und negativ geladenen Ionen ergeben sich Verhältnisformeln wie:
NaCI, LiBr, MgO, CaS. Bei der Kombination von einfach und
zweifach geladenen Ionen erhält man z.B. folgende Verhältnisformeln:
Li2O, MgCl2, Na2S.
Gitterbildung und Energie. Geschmolzenes Natrium reagiert
heftig mit Chlor unter Abgabe von Licht und Wärme. Was ist die
Ursache dafür, dass diese Reaktion exotherm verläuft?
Um Natriumatome aus einem Atomverband zu isolieren, ist Energie
erforderlich, ebenso zur Spaltung von Chlormolekülen in
Chloratome. Zur Bildung von Natriumionen muss Energie zugeführt
werden, während bei der Bildung von Chloridionen Energie
frei wird. Für die Bildung von Natriumionen und Chloridionen
aus den Elementen muss insgesamt ein hoher Energiebetrag
aufgebracht werden. Bei der Bildung des lonengitters aus den
einzelnen Ionen wird aber sehr viel Energie, die Gitterenergie,
frei. Diese Energie ist die Ursache dafür, dass die Reaktion von
Natrium und Chlor insgesamt exotherm verläuft (-->B4).
A 1 a) Gib eine Erklärung dafür,
dass ein Salzkristall spröde ist. b)
Warum bilden die möglichen
Spaltebenen bei Natriumchlorid
Winkel von 90°?
A 2 Vergleiche die Radien der
Atome und Ionen in -->B2. Welche
Aussagen lassen sich machen?
A 3 Warum weist Natriumchlorid
eine höhere Schmelztemperatur
als Natriumiodid auf?
A 4 Für das Aufstellen der Verhältnisformel
einer lonenverbindung
kann a) das Aufschreiben
der Zeichen für die Ionen und b)
das anschließende Ausgleichen
der Ladungen eine Hilfe darstellen.
Z.B. Verhältnisformel von
Natriumsulfid (c):
a) Na+ ,
S 2-
b)
Na +
S 2-
Na +
c) Na2S
Stelle die Verhältnisformeln auf
für: Lithiumiodid, Natriumoxid,
Aluminiumoxid.
A 5 Erkläre, warum die Bildung
von Natriumchlorid aus den Elementen
eine exotherme Reaktion
ist, obwohl für die Bildung der
Ionen ein hoher Energiebetrag
aufgebracht werden muss.
B 4 Bildung des Natriumchloridgitters. Die Reaktion eines Verbands aus Natriumionen mit Chlormolekülen
lässt sich in gedachte Teilschritte zerlegen.