Ionengitter und Salzbildung
Metallisches Natrium ist weich, silbrig und reagiert heftig mit Wasser. Chlor ist ein giftiges, grünliches Gas. Und doch streust du aus beiden Stoffen zusammen Kochsalz auf deine Pommes. Wie kann aus zwei so gefährlichen Stoffen ein harmloses Salz werden? Und warum leitet festes Salz keinen Strom, Salzwasser aber schon?
Vom Atom zum Ion
Atome sind nach außen elektrisch neutral: Sie haben genauso viele Protonen (positiv) wie Elektronen (negativ). Ändert sich die Zahl der Elektronen, entsteht ein Ion. Die Protonenzahl im Kern bleibt dabei immer gleich.
Edelgase sind besonders stabil, weil ihre Außenschale voll besetzt ist (Edelgaszustand). Andere Atome erreichen diesen Zustand, indem sie Elektronen abgeben oder aufnehmen.
Das Natrium-Atom gibt sein einziges Außenelektron ab. Es hat dann 11 Protonen, aber nur 10 Elektronen: Es ist einfach positiv geladen, $\text{Na}^+$ (Kation). Das Chlor-Atom nimmt dieses Elektron auf und hat dann 17 Protonen und 18 Elektronen: $\text{Cl}^-$, das Chlorid-Ion (Anion).
Ein Natrium-Atom hat $11$ Protonen und $11$ Elektronen. Es gibt bei der Reaktion mit Chlor ein Elektron ab. a) Gib die Anzahl der Protonen und Elektronen im entstehenden…
Ein Natrium-Atom hat $11$ Protonen und $11$ Elektronen. Es gibt bei der Reaktion mit Chlor ein Elektron ab.
- a) Gib die Anzahl der Protonen und Elektronen im entstehenden Natrium-Ion an.
- b) Gib die Ladung des Ions an und begründe sie.
Salzbildung: Natrium reagiert mit Chlor
Erhitzt man Natrium und leitet Chlor darauf, brennt das Natrium mit gelber Flamme, es entstehen Licht und Wärme und weißes Natriumchlorid. Die Reaktion ist exotherm: Energie wird frei.
Wortgleichung: Natrium + Chlor → Natriumchlorid
Chlor liegt als zweiatomiges Molekül $\text{Cl}_2$ vor:
$$2\ \text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\ \text{NaCl}$$Entgegengesetzt geladene Ionen ziehen sich an. Diese Anziehung nennt man Ionenbindung. Dass Energie frei wird, zeigt: Die Ionen im Salz sind energieärmer und damit stabiler als die Ausgangsstoffe.
Natriumchlorid (Kochsalz) besteht aus Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen. a) Gib die Ionensymbole mit Ladung für das Natrium-Ion und das Chlorid-Ion an. b) Erkläre, warum…
Natriumchlorid (Kochsalz) besteht aus Natrium-Ionen und Chlorid-Ionen.
- a) Gib die Ionensymbole mit Ladung für das Natrium-Ion und das Chlorid-Ion an.
- b) Erkläre, warum die Ionen im Kristall zusammenhalten.
Natrium reagiert mit Chlor zu Natriumchlorid. Die Reaktion verläuft sehr heftig, es entstehen Licht und Wärme. a) Stelle die Reaktionsgleichung mit Formeln auf:…
Natrium reagiert mit Chlor zu Natriumchlorid. Die Reaktion verläuft sehr heftig, es entstehen Licht und Wärme.
- a) Stelle die Reaktionsgleichung mit Formeln auf: $\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow \dots$
- b) Beschreibe den Elektronenübergang zwischen einem Natrium-Atom und einem Chlor-Atom.
- c) Erkläre, was die frei werdende Energie über die Stabilität des Salzes aussagt.
Das Ionengitter und die Verhältnisformel
Ein Salzkristall besteht nicht aus einzelnen „NaCl-Molekülen“. Die Ionen ordnen sich dreidimensional und regelmäßig an, sodass jedes Ion von entgegengesetzt geladenen Ionen umgeben ist: das Ionengitter. Im Kochsalz hat jedes $\text{Na}^+$ sechs $\text{Cl}^-$ als nächste Nachbarn und umgekehrt.
Weil das Gitter beliebig groß sein kann, gibt die Formel nur das Zahlenverhältnis der Ionen an (Verhältnisformel). $\text{NaCl}$ heißt: Auf ein $\text{Na}^+$ kommt ein $\text{Cl}^-$.
Das Verhältnis ergibt sich aus dem Ladungsausgleich: Das Salz ist nach außen neutral, also müssen sich die Ladungen aufheben.
Ein Salzkristall wie Kochsalz hat eine regelmäßige Struktur, das Ionengitter. a) Beschreibe mit eigenen Worten, wie die Ionen im Ionengitter angeordnet sind. b) Erkläre,…
Ein Salzkristall wie Kochsalz hat eine regelmäßige Struktur, das Ionengitter.
- a) Beschreibe mit eigenen Worten, wie die Ionen im Ionengitter angeordnet sind.
- b) Erkläre, warum die Formel $\text{NaCl}$ nur ein Verhältnis angibt und keine einzelnen Moleküle beschreibt.
Magnesium verbrennt in Chlor zu Magnesiumchlorid. Ein Magnesium-Atom hat zwei Außenelektronen, ein Chlor-Atom hat sieben. a) Gib die Ionen an, die entstehen, mit Ladung.…
Magnesium verbrennt in Chlor zu Magnesiumchlorid. Ein Magnesium-Atom hat zwei Außenelektronen, ein Chlor-Atom hat sieben.
- a) Gib die Ionen an, die entstehen, mit Ladung.
- b) Begründe, warum auf ein Magnesium-Ion zwei Chlorid-Ionen kommen.
- c) Gib die Verhältnisformel an.
Calciumchlorid hat die Formel $\text{CaCl}2$, Natriumoxid die Formel $\text{Na}2\text{O}$ und Aluminiumoxid $\text{Al}2\text{O}3$. a) Leite für jedes Salz die…
Calciumchlorid hat die Formel $\text{CaCl}_2$, Natriumoxid die Formel $\text{Na}_2\text{O}$ und Aluminiumoxid $\text{Al}_2\text{O}_3$.
- a) Leite für jedes Salz die Ionenladungen aus der Formel her.
- b) Begründe mithilfe der Außenelektronen, warum diese Ladungen entstehen.
- c) Begründe, warum jedes Salz nach außen elektrisch neutral ist.
Eigenschaften von Salzen: Leitfähigkeit, Lösen, Bruch
Leitfähigkeit. Elektrischer Strom ist die Bewegung geladener Teilchen. Im festen Salz sitzen die Ionen fest im Gitter und können sich nicht bewegen: Es leitet nicht. In der Salzschmelze und in der Salzlösung sind die Ionen frei beweglich. Legt man eine Spannung an, wandern die $\text{Na}^+$-Ionen zum Minuspol, die $\text{Cl}^-$-Ionen zum Pluspol.
Lösen in Wasser. Wassermoleküle haben ein positiv und ein negativ geladenes Ende (Teilladungen $\delta^+$ am Wasserstoff, $\delta^-$ am Sauerstoff). Sie lagern sich mit dem negativen Ende an $\text{Na}^+$ und mit dem positiven Ende an $\text{Cl}^-$ an und lösen die Ionen aus dem Gitter. Die Ionen sind dann von einer Hülle aus Wassermolekülen umgeben: Sie sind hydratisiert. In Benzin fehlen solche Teilladungen, deshalb lösen sich Salze dort kaum.
Sprödigkeit. Schlägt man auf einen Salzkristall, verschieben sich Gitterebenen gegeneinander. Dann stehen gleich geladene Ionen nebeneinander, stoßen sich ab, und der Kristall zerspringt. Metalle lassen sich verformen, weil ihre Atome gegeneinander gleiten können, ohne dass sich die Bindung ändert.
Festes Kochsalz leitet den elektrischen Strom nicht. Eine Salzlösung und eine Kochsalzschmelze leiten ihn dagegen. a) Erkläre, warum festes Kochsalz nicht leitet. b)…
Festes Kochsalz leitet den elektrischen Strom nicht. Eine Salzlösung und eine Kochsalzschmelze leiten ihn dagegen.
- a) Erkläre, warum festes Kochsalz nicht leitet.
- b) Erkläre, warum Salzlösung leitet.
- c) Beschreibe, wie sich die Ionen in der Lösung bewegen, wenn man eine Spannung anlegt.
Beim Lösen von Kochsalz in Wasser werden die Ionen aus dem Gitter herausgelöst und hydratisiert. a) Beschreibe, wie sich Wassermoleküle an ein Natrium-Ion und an ein…
Beim Lösen von Kochsalz in Wasser werden die Ionen aus dem Gitter herausgelöst und hydratisiert.
- a) Beschreibe, wie sich Wassermoleküle an ein Natrium-Ion und an ein Chlorid-Ion anlagern. Beachte die Teilladungen des Wassermoleküls.
- b) Erkläre, warum sich Salze meist in Wasser lösen, aber kaum in Benzin.
- c) Erkläre, warum ein Salzkristall beim Schlag mit dem Hammer zerspringt, ein Metallstück aber nur verformt wird.
Ein Schüler behauptet: „In einer Natriumchlorid-Lösung gibt es Natrium-Atome und Chlor-Atome, deshalb leitet sie Strom.“ a) Beurteile die Aussage und korrigiere sie. b)…
Ein Schüler behauptet: „In einer Natriumchlorid-Lösung gibt es Natrium-Atome und Chlor-Atome, deshalb leitet sie Strom.“
- a) Beurteile die Aussage und korrigiere sie.
- b) Schlage einen Versuch vor, mit dem man die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser, Zuckerlösung und Salzlösung vergleichen kann, und gib die erwarteten Ergebnisse mit Begründung an.
- c) Erkläre, warum Leitungswasser besser leitet als destilliertes Wasser.
Zurück zum Anfang: Natrium gibt ein Elektron an Chlor ab. Die entstehenden Ionen sind völlig andere Teilchen als die Atome, und im Gitter halten sie durch Anziehung zusammen. Deshalb ist Kochsalz harmlos.