Lernpfad Ionenbindung

Wie können sich Stoffe eigentlich verbinden?

Im Prinzip streben alle Atome danach, in der äußersten Schale so viele Elektronen wie die Edelgase zu besitzen (Oktettregel) und gehen deshalb chemische Bindungen mit anderen Atomen ein. Edelgase wie Helium, Neon oder Argon haben bereits voll besetzte Außenschalen, sind damit (bildlich gesprochen) glücklich und zufrieden und brauchen keinen Partner, um sich abzureagieren - also gehen sie keine chemischen Bindungen ein. Da sich alle anderen Elemente zusammen tun müssen, um einen stabilen Zustand zu erreichen, besteht fast alles auf der Welt aus Molekülen, auch die Luft, die wir atmen und das Wasser, das wir trinken.

Dass es im Bindungsprozess ganz schön "funken" kann, zeigt die Entstehung des Natriumchlorids (NaCl) - besser bekannt als Kochsalz.

Beispiel: Die Bildung von Natriumchlorid (NaCl)

Im Experiment im Video siehst du die Enstehung einer "wunderbaren Freundschaft" zwischen den Elementen Natrium und Chlor. Aus diesen zwei äußerst aggressiven Elementen entsteht hier eine stabile, neutrale Bindung - unser Kochsalz!

Willst du wissen, wie die Bindung zwischen Natrium und Chlor im Detail zu Stande kommt? Dann klicke auf den nächsten Reiter.

Die Entstehung von NaCl als Animation

Was passiert also genau bei der Entstehung von Natriumchlorid (NaCl)?

Der Bindungsprozess zwischen Natrium und Chlor wird in dieser Animation veranschaulicht. Tipp: Klicke auf "play", um sie ablaufen zu lassen.

Chlor


Bildschirmfoto_2012-11-04_um_20.03.20.pngBetrachten wir zunächst das Chlor-Atom.

Die Außenschale des Chlor-Atoms besteht aus sieben Elektronen.

Was kann das Chlor-Atom nun tun, um den erstrebenswerten Zustand beispielsweise eines Argon-Atoms zu erreichen? (Tipp: Das Edelgas Argon hat die gewünschte stabile Elektronenkonfiguration mit acht Außenelektronen.)

Lösung: Chlor muss ein Elektron aufnehmen. Es hat danach die Argon-Konfiguration, also die gleiche Elektronenanordnung wie das Argon-Atom.

Natrium

Bildschirmfoto_2012-11-04_um_20.02.53.pngBetrachten wir nun das Natrium-Atom.

Es hat nur ein einziges Außenelektron.

Das Natrium-Atom müsste in seine Außenschale sieben Elektronen aufnehmen, um den Edelgaszustand zu erreichen. Das geht allerdings noch weit einfacher, indem es sein einziges Außenelektron abgibt. Die mit acht Elektronen voll besetzte, darunter liegende L-Schale wird dann zur neuen Außenschale. Und schon haben wir die Edelgaskonfiguration!

Lösung: Bei der Reaktion von Natrium und Chlor zu Natriumchlorid gibt das Natrium-Atom ein Elektron an das Chlor-Atom ab.

Zusammenfassung

Bei der Entstehung von Natriumchlorid findet ein Elektronentransfer (eine Elektronenübertragung) vom Natrium zum Chlor statt. Natrium gibt ein Elektron ab, Chlor nimmt ein Elektron auf. Natrium ist damit der Elektronen-Donator (-spender) und Chlor der Elektronen-Akzeptor (-empfänger).

Beide Atome gelangen durch die Bindung aneinander in den erstrebenswerten Edelgaszustand und sind "glücklich und zufrieden". Das äußerst aggressive Gas Chlor wird dadurch völlig harmlos, da das zusätzliche Elektron das Chlor-Atom in ein sogenanntes Chlorid-Ion verwandelt. Willst du mehr über Ionen wissen? Dann klicke auf den nächsten Reiter.

Aus Atomen werden Ionen

Bei der Reaktion von Natrium mit Chlor wandeln sich die Atome zu sogenannten Ionen.

Aus den Natrium-Atomen entstehen positiv geladene Natrium-Ionen (sogenannte Kationen).

Aus den Chlor-Atomen entstehen negativ geladene Chlorid-Ionen (sogenannte Anionen).

Allgemein gilt:

Positiv geladene Ionen heißen Kationen,
Negativ geladene Ionen heißen Anionen.
Als geladene Teilchen leiten Ionen den elektrischen Strom.

Arbeitsauftrag 1

pinnwand_4_82.png

Drucke das Arbeitsblatt aus und bearbeite zunächst nur die 1. Aufgabe!

Die nötigen Informationen findest du im Periodensystem.

Überlege dir, wie der Elektronenaustausch funktionieren könnte!

 

Es geht aber auch elektronisch:

Auf 'Chemie Interaktiv' gibt es eine Möglichkeit, diese Reaktionsgleichung per Drag and Drop zu konstruieren! Viel Spaß damit!

Weitere Ionenbildungen

Elemente der 2. Hauptgruppe haben insgesamt zwei Außenelektronen 'zuviel'. Den Elementen aus der 6. Hauptgruppe fehlen eben diese zwei Elektronen.
Was also passiert wohl, wenn solche Elemente aufeinandertreffen?

Die Antwort dürfte dir nicht allzu schwer fallen . . .

Was aber, wenn die Zahl der vom Metall abgegebenen Elektronen nicht mit der Zahl der Elektronen übereinstimmt, die das Nichtmetall aufnehmen kann?

Spätestens an dieser Stelle haben wir jetzt ein Problem . . Oder hast du schon eine Idee?

Arbeitsauftrag 2

pinnwand_4_82.pngFormuliere auf deinem zuvor ausgedruckten Arbeitsblatt nun auch noch die Reaktion von Calcium, bzw. Natrium mit Sauerstoff!

 

Lust auf mehr? Vielleicht schaffst du ja auch noch dieses Arbeitsblatt?     Vorsicht: Anspruchsvoll ;-)

Das Ionengitter

Sicher erinnerst du dich noch. Im Video am Anfang dieses Lernpfades wurde Chlorgas über geschmolzenes Natrium geleitet. Danach reagierten beide Stoffe heftig unter Flammenerscheinung miteinander. Das Ergebnis war Natriumchlorid (NaCl),ein weißes, kristallines Pulver, besser bekannt als Kochsalz.

Als Salze bezeichnet man chemische Verbindungen, die aus positiv geladenen Ionen (Kationen) und negativ geladenen Ionen (Anionen) aufgebaut sind.
ionbildung1.png
Hast du dir schon einmal überlegt, was passiert, wenn ein Kation alle negativen Ionen in der Nachbarschaft anzieht, und wenn gleichzeitig jedes Anion alle positiven Ionen in seiner Umgebung anzieht?

Das Ergebnis siehst du in der Grafik rechts:

Es entsteht ein regelmäßig angeordnetes Ionengitter. Man spricht auch von einem Ionenkristall oder von einem Kristallgitter.
Das Ganze erstreckt sich in alle Richtungen, ist also dreidimensional!

Wie das Ionengitter von Natriumchlorid (NaCl) entsteht, zeigt dir die folgende Animation.


Durch die Vorgänge des Elektronentransfers und die sich daran anschließende Gitterbildung entsteht eine starke chemische Bindung zwischen den unterschiedlich geladenen Teilchen (Ionenbindung).
6.jpg
Es bilden sich Salze (Ionengitter) mit typischen Eigenschaften:

  • fester Aggregatzustand (starke elektrostatische Anziehungskräfte)
  • hohe Schmelz- und Siedetemperaturen (starker Zusammenhalt der Teilchen)
  • Schmelzen der Ionengitter leiten den elektrischen Strom
  • spröde und zerbrechlich
  • Dissoziation in Wasser

Aus Atomen werden Ionen

pinnwand_4_82.pngDas Arbeitsblatt verdeutlicht noch einmal die Entstehung von Ionen aus Atomen.
Fülle die beiden Tabellen aus!
Tipp:
Du kannst das Arbeitsblatt auch 'elektronisch'  ausfüllen und im Anschluss ausdrucken!

Eine animierte Zusammenfassung mit Überprüfung findest du auf dem LTAM-Server (Lycée technique des Arts et Métiers).

Zusammenfassung (Lückentext)

Lückentext

Aufgabe anzeigen/verstecken

Ergänze die Lücken mit den richtigen Wörtern!

pinnwand_3_82.pngIn diesem Lückentest kannst du unter Beweis stellen, dass du das Prinzip von Geben und Nehmen (zumindest bei Elektronen) verstanden hast!

Bei der Reaktion von Natrium mit Chlor entstehen aus ungelasenen Natrium-Atomen und ungeladenen Chlor-Atomen geladene Teilchen. Es bilden sich Ionen. Positiv geladene Ionen nennt man Kationen. Sie entstehen durch die Abgabe von Elektronen. Sind die Ionen negativ geladen, bezeichnet man sie als Anionen. Sie entstehen durch die Aufnahme von Elektronen.

.. basiert auf dem Quiz-Skript Framework

Teste dein Wissen (1)

Mehrfach-Auswahl

Aufgabe anzeigen/verstecken

Wähle die richtigen Lösungen aus!

pinnwand_3_82.png. . mit Multiple Choice!

Unter einem Kation versteht man ein Teilchen, das . . (!Protonen aufgenommen hat.) (!Protonen abgegeben hat.) (!Elektronen aufgenommen hat.) (Elektronen abgegeben hat.)

Anionen . . (!haben Elektronen abgegeben.) (!sind positiv geladene Teilchen.) (!haben Protonen abgegeben.) (leiten den elektrischen Strom.)

Welche Aussage ist falsch? Ionen . . (geben Protonen ab.) (!sind geladene Teilchen.) (!entstehen aus Atomen.) (!leiten den elektrischen Strom.)

Bei der Bildung von Magnesiumchlorid . . (werden 2 Chlor-Atome gebraucht.) (!entstehen 2 Elektronen.) (!nimmt Chlor 1 Elektron auf.) (!gibt Magnesium 1 Elektron ab.)























.. basiert auf dem Quiz-Skript Framework

Teste dein Wissen (2)

Kreuzworträtsel

Aufgabe anzeigen/verstecken

Klicke auf die verschiedenen Zahlen, um die Fragen zu sehen ...

pinnwand_3_82.png. . . mit einem kleinen Kreuzworträtsel!

Calciumoxid Verbindung aus Calcium und Sauerstoff.
Anionen Negativ geladene Ionen.

Kationen

Positiv geladene Ionen.
Ionen Geladen Atome.
Ionenkristall Fester aus geladenen Ionen aufgebauter Stoff.

Kochsalz Natriumchlorid.

.. basiert auf dem Quiz-Skript Framework

Informationen für Lehrkräfte zu diesem Lernpfad