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Unterabschnitte

Ionenbindungen

Ladung und Namen von Ionen

Positiv geladene Ionen werden als Kationen bezeichnet. Negative als Anionen. Um die Ladung der Ionen zu kennzeichnen schreibt man meistens ein $+$ oder $-$ -Zeichen als Exponenten hinter das Atomsymbol des Ions. Z.B.: $Na^{+}$,$Cl^{-}$,$Ca^{2+}$

Kräfte zwischen Ionen

Ionen ziehen sich gegenseitig an. Hierbei ist die Anziehungskraft nicht in eine Richtung wirksam, sondern sie verteilt sich auf den gesamten Raum. Sie wird beschrieben durch das Coulumbsche Gesetz (vgl. Borsches Atommodell) Es lagern sich möglichst viele andersgeladene Ionen um ein Ion. Die Anzahl der Ionen die sich um ein Ion herumlagern ist von der Größendifferenz beider Ionen abhängig und bestimmt die Kristallstruktur. Ionen stoßen sich jedoch auch gegenseitig ab, da sich die Elektronenhüllen beider Ionen abstoßen. Deshalb berühren sich die Ionen im Kristallgitter nicht, bilden aber trotzdem eine feste, schwer zu lösende Bindung, weshalb Kristalle spröde sind und einen hohen Schmelzpunkt haben.


Ionenbindung

Verschiedene Kristallstrukturen

Es gibt verschiedene Ionenkristallstrukturen. Da sich immer die gleiche Anzahl an andersgeladenen Ionen um ein Ion lagern kann, ergibt sich daraus eine Struktur, die sich in der eckigen Struktur von Kristallen niederschlägt.

Andere Kristalle

Neben Ionenkristallen gibt es jedoch auch noch andere Kristalle. Dies können
  • Atomkristalle,
  • Molekülkristalle
  • oder Kovalentkristalle sein.
Atomkristalle und Molekülkristalle bilden sich, wenn verschiedene Atome oder Moleküle kristallieren. Atomkristalle sind z.B. Metalle oder bei tiefen Temperaturen Edelgase. Molekülkristalle sind z.B. Methan oder Zucker. In Atom und Molekülkristallen wirken zwischenmolekulare Kräfte, welche für die Kristallisation verantwortlich sind. In Kovalentkristalle sind jedoch die Bindungen der Moleküle oder Atome untereinander für die Kristallstruktur verantwortlich. Z.B. ist Diamant, Quarz oder Silizium ein Kovalentkristall.

Gitterenergie

Nähern sich Ionen im Raum und nehmen sie ein Kristallgitter ein, so wird Gitterenergie frei. Haben Stoffe eine hohe Gitterenergie, so ist ihr Kristallgitter sehr fest. $Al_{2}O_{3}$ hat zum Beispiel eine unglaublich hohe Gitterenergie, weshalb es sehr fest ist und sogar zum Schleifen benutzt werden kann. Je höher die Gitterenergie ist, desto schlechter läßt sich das Salz auch in Wasser auflösen.

Born-Haber-Zyklus

Bei der Reaktion von z.B. Natrium mit Clorid sind verschiedene Energien von Nöten, damit die Reaktion überhaupt abläuft. Im Born-Haber-Zyklus sind die Energien aufgelistet, die benötigt werden, um die einzelnen Atome in einem reaktionsfähigen Zustand zu bringen. Weiterhin sind hier auch die Energien enthalten, die bei der letztendlichen Reaktion wieder frei werden.

Reaktion Energie Abkürzung
$Na(s)+\frac{1}{2}Cl_{2}(g)\rightarrow Na(g)+\frac{1}{2}Cl_{2}(g)$ Sublimationsenthalpie von Na $\Delta H_{Sub}$
$\frac{1}{2}Cl_{2}\rightarrow Cl$ Dissoziationsenthalpie von Cl $\Delta H_{Diss}$
$Na(g)+Cl(g)\rightarrow Na^{+}(g) + e^{-}+Cl(g)$ Ionisierungsenergie von Na $\Delta H_{Ion}$
$Na^{+}(g) + e^{-}+Cl(g)\rightarrow$ Elektronenaffinität von Cl $\Delta H_{Ea}$
$Na^{+}(g) + Cl^{-}(g)$    
$Na^{+}(g) + Cl^{-}(g)\rightarrow NaCl$ Gitterenergie von NaCl $\Delta H_{Gitter}$
Alles zusammen: Reaktionsenthalpie $\Delta H_{f}$


Alle freiwerdenden Energien sind negativ. Alle benötigten Energien positiv.

Solvatationsenergie (Hydratationsenergie) und Dissoziationsenergie

Die Solvatationsenergie ist diejenige Energie die freigesetzt wird (negativer Wert) wenn ein Stoff in Lösung geht. Stoffe können sich in unterschiedlichen Stoffen lösen. Speziell für Wasser heißt die Solvatationsenergie auch Hydratationsenergie.
Die Dissoziationsenergie ist die Energie, welche benötigt wird (positiver Wert) um das Kristallgitter zu trennen.

Lösungsenthalpie

Bei manchen Ionenkristallen wird Energie frei, wenn man sie auflöst, (d.h. die Lösungsenthalpie ist negativ). Hierbei überwiegt die Solvatationsenergie. Bei manchen Kristallen wird Energie dem umgebenden System entzogen, (d.h. die Lösungsenthalpie ist positiv) wenn man sie auflöst. Hierbei überwiegt die Dissoziationsenergie. Das dieser Vorgang überhaupt abläuft ist der Enthropie zu verdanken. Da gelöste Ionen ,,unordentlicher'' angeordnet sind, wird dieser Zustand eingenommen.
Beim Auflösen kann die Lösung also entweder wärmer oder kälter werden.

Salze sind Elektrolyte

Elektrolyte sind Leiter von Elektronen. Salze in ungelöster Form leiten den elektrischen Strom nicht, da die Ionen fest im Kristallgitter sind. Salze in gelöster Form oder in geschmolzener Form jedoch leiten den Strom, da die Ionen beweglich sind.

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