IONENBINDUNG: EIGENSCHAFTEN, WIE SIE GEBILDET WIRD UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Ionenbindung ist eine Art chemische Bindung, bei der eine elektrostatische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen besteht. Das heißt, ein positiv geladenes Ion bildet eine Bindung mit einem negativ geladenen Ion und überträgt Elektronen von einem Atom auf ein anderes.

Diese Art der chemischen Bindung tritt auf, wenn Valenzelektronen von einem Atom dauerhaft auf ein anderes Atom übertragen werden. Das Atom, das Elektronen verliert, wird zu einem Kation (positiv geladen), und das Atom, das Elektronen gewinnt, wird zu einem Anion (negativ geladen).

Beispiel für eine Ionenbindung: Natriumfluorid. Natrium verliert ein Valenzelektron und gibt es an Fluor ab. Wdcf

Ionenbindungskonzept

Die Ionenbindung ist eine, durch die elektrisch geladene Teilchen, sogenannte Ionen, interagieren, um ionische Feststoffe und Flüssigkeiten zu erzeugen. Diese Bindung ist das Produkt elektrostatischer Wechselwirkungen zwischen Hunderten von Millionen Ionen und nicht nur auf einige von ihnen beschränkt. das heißt, es geht über die Anziehungskraft zwischen einer positiven Ladung und einer negativen Ladung hinaus.

Betrachten Sie zum Beispiel die ionische Verbindung Natriumchlorid, NaCl, besser bekannt als Tafelsalz. In NaCl überwiegt die Ionenbindung, daher besteht sie aus Na ^{+ -} und Cl ^- -Ionen . Na ⁺ ist das positive Ion oder Kation, während Cl ^- (Chlorid) das negative Ion oder Anion ist.

Die Na + - und Cl- -Ionen in Natriumchlorid werden durch Ionenbindung zusammengehalten. Quelle: Eyal Bairey über Wikipedia.

Sowohl Na ⁺ als auch Cl ^- fühlen sich von entgegengesetzten elektrischen Ladungen angezogen. Die Abstände zwischen diesen Ionen ermöglichen es anderen, näher zusammen zu kommen, so dass NaCl-Paare und -Paare auftreten. Die Na ⁺ -Kationen stoßen sich gegenseitig ab, weil sie gleich geladen sind, und dasselbe passiert miteinander mit den Cl ^- Anionen .

Es kommt eine Zeit, in der es Millionen von Na ^{+ -} und Cl ^- -Ionen gelingt, sich zu vereinen, zu vereinen und eine Struktur zu schaffen, die so stabil wie möglich ist. eine, die durch Ionenbindung gesteuert wird (oberes Bild). Na ⁺ -Kationen sind aufgrund der zunehmenden effektiven Kernkraft ihres Kerns auf externe Elektronen kleiner als Cl ^- Anionen .

Ionenbindung von NaCl. Rhannosh / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Die Ionenbindung ist dadurch gekennzeichnet, dass geordnete Strukturen hergestellt werden, bei denen der Abstand zwischen den Ionen (Na ⁺ und Cl ^- im Fall von NaCl) im Vergleich zu anderen Festkörpern gering ist. Wir sprechen also von einer ionischen Kristallstruktur.

Wie entsteht eine Ionenbindung?

Die Ionenbindung findet nur statt, wenn eine Elektronenverteilung auftritt, so dass die Ladungen der Ionen entstehen. Diese Art der Bindung kann niemals zwischen neutralen Partikeln auftreten. Es müssen unbedingt Kationen und Anionen vorhanden sein. Aber woher kommen sie?

Illustration der Ionenbindung. a) Natrium hat eine negative Nettoladung. b) Natrium gibt ein Elektron an Chlor ab. Natrium verbleibt mit einer positiven Nettoladung und Chlor mit einer negativen Nettoladung, wodurch die Ionenbindung erzeugt wird. Diese Art der Bindung zwischen Millionen von Na- und Cl-Atomen führt zum physikalischen Salz. OpenStax College / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)

Es gibt viele Wege, auf denen Ionen entstehen, aber im Wesentlichen basieren viele auf einer Oxidations-Reduktions-Reaktion. Die meisten anorganischen ionischen Verbindungen bestehen aus einem metallischen Element, das mit einem nichtmetallischen Element verbunden ist (diejenigen im p-Block des Periodensystems).

Das Metall muss oxidieren, Elektronen verlieren, um ein Kation zu werden. Andererseits wird das nichtmetallische Element reduziert, gewinnt diese Elektronen und wird zu einem Anion. Das folgende Bild zeigt diesen Punkt für die Bildung von NaCl aus Natrium- und Chloratomen:

Bildung einer Ionenbindung. Quelle: Shafei bei Arabic Wikipedia / Public Domain

Das Na-Atom spendet eines seiner Valenzelektronen an Cl. Wenn diese Elektronenverteilung auftritt, werden die Na ^{+ -} und Cl ^- -Ionen gebildet , die sich sofort und elektrostatisch anziehen.

Es wird daher gesagt, dass Na ⁺ und Cl ^- kein Elektronenpaar teilen, anders als dies für eine hypothetische kovalente Na-Cl-Bindung zu erwarten wäre.

Eigenschaften der Ionenbindung

Die Ionenbindung ist ungerichtet, dh ihre Kraft ist nicht in einer einzigen Richtung vorhanden, sondern breitet sich in Abhängigkeit von den Abständen, die die Ionen trennen, durch den Raum aus. Diese Tatsache ist wichtig, da die Ionen stark gebunden sind, was einige der physikalischen Eigenschaften ionischer Feststoffe erklärt.

Schmelzpunkt

Die Ionenbindung ist dafür verantwortlich, dass das Salz bei einer Temperatur von 801 ºC schmilzt. Diese Temperatur ist im Vergleich zu den Schmelzpunkten verschiedener Metalle erheblich hoch.

Dies liegt daran, dass NaCl genügend Wärme absorbieren muss, damit seine Ionen frei aus seinen Kristallen fließen können. Das heißt, die Anziehungskräfte zwischen Na ⁺ und Cl ^- müssen überwunden werden .

Siedepunkt

Die Schmelz- und Siedepunkte ionischer Verbindungen sind aufgrund ihrer starken elektrostatischen Wechselwirkungen besonders hoch: ihrer Ionenbindung. Da diese Bindung jedoch viele Ionen umfasst, wird dieses Verhalten normalerweise eher auf intermolekulare Kräfte und nicht richtig auf Ionenbindungen zurückgeführt.

Im Falle von Salz wird nach dem Schmelzen des NaCl eine Flüssigkeit erhalten, die aus den gleichen Anfangsionen besteht; erst jetzt bewegen sie sich freier. Die Ionenbindung ist noch vorhanden. Die Na ^{+ -} und Cl ^- -Ionen treffen sich an der Flüssigkeitsoberfläche, um eine hohe Oberflächenspannung zu erzeugen, die verhindert, dass Ionen in die Gasphase entweichen.

Daher muss die Salzschmelze ihre Temperatur zum Kochen noch weiter erhöhen. Der Siedepunkt von NaCl beträgt 1465 ° C. Bei dieser Temperatur übersteigt die Wärme die Anziehungskräfte zwischen Na ⁺ und Cl ^- in der Flüssigkeit, so dass sich NaCl-Dämpfe mit einem atmosphärischen Druck zu bilden beginnen.

Elektronegativität

Es wurde zuvor gesagt, dass die Ionenbindung zwischen einem metallischen Element und einem nichtmetallischen Element gebildet wird. Kurzum: zwischen einem Metall und einem Nichtmetall. Dies gilt normalerweise für anorganische ionische Verbindungen; insbesondere solche vom binären Typ, wie NaCl.

Damit eine Verteilung der Elektronen (Na ⁺ Cl ^- ) und keine gemeinsame Nutzung (Na-Cl) stattfindet, muss zwischen den beiden Atomen ein großer Unterschied in der Elektronegativität bestehen. Andernfalls würde es keine Ionenbindung zwischen den beiden geben. Möglicherweise rücken Na und Cl näher zusammen, interagieren, aber sofort "nimmt" Cl aufgrund seiner höheren Elektronegativität ein Elektron von Na.

Dieses Szenario gilt jedoch nur für binäre Verbindungen, MX, wie NaCl. Für andere Salze oder ionische Verbindungen sind ihre Bildungsprozesse komplizierter und können nicht aus rein atomarer oder molekularer Perspektive angegangen werden.

Typen

Es gibt keine unterschiedlichen Arten von Ionenbindungen, da das elektrostatische Phänomen rein physikalisch ist und nur die Art und Weise der Wechselwirkung der Ionen oder die Anzahl ihrer Atome variiert. das heißt, wenn es sich um einatomige oder mehratomige Ionen handelt. Ebenso erzeugt jedes Element oder jede Verbindung ein charakteristisches Ion, das die Art der Verbindung definiert.

Im Abschnitt mit den Beispielen werden wir uns mit diesem Punkt befassen, und es wird ersichtlich, dass die Ionenbindung im Wesentlichen in allen Verbindungen gleich ist. Wenn dies nicht erfüllt ist, wird gesagt, dass die Ionenbindung einen bestimmten kovalenten Charakter hat, was bei vielen Übergangsmetallsalzen der Fall ist, bei denen die Anionen mit den Kationen koordinieren; zum Beispiel FeCl ₃ (Fe ³⁺ -Cl ^- ).

Beispiele für Ionenbindungen

Im Folgenden werden einige ionische Verbindungen aufgeführt und ihre Ionen und Anteile hervorgehoben:

- Magnesiumchlorid

MgCl ₂ (Mg ²⁺ Cl ^- ) im Verhältnis 1: 2 (Mg ²⁺ : 2 Cl ^- )

- Kaliumfluorid

KF (K ⁺ F ^- ) im Verhältnis 1: 1 (K ⁺ : F ^- )

- Natriumsulfid

Na ₂ S (Na ⁺ S ^2- ) im Verhältnis 2: 1 (2Na ⁺ : S ^2- )

- Lithohydroxid

LiOH (Li ⁺ OH ^- ) im Verhältnis 1: 1 (Li ⁺ : OH ^- )

- Calciumfluorid

CaF ₂ (Ca ²⁺ F ^- ) im Verhältnis 1: 2 (Ca ²⁺ : 2F ^- )

- Natriumcarbonat

Na ₂ CO ₃ (Na ⁺ CO ₃ ^2- ) im Verhältnis 2: 1 (2Na ⁺ : CO ₃ ^2- )

- Kalziumkarbonat

CaCO ₃ (Ca ²⁺ CO ₃ ^2- ) im Verhältnis 1: 1 (Ca ²⁺ : CO ₃ ^2- )

- Kaliumpermanganat

KMnO ₄ (K ⁺ MnO ₄ ^- ) im Verhältnis 1: 1 (K ⁺ : MnO ₄ ^- )

- Kupfersulfat

CuSO ₄ (Cu ²⁺ SO ₄ ^2- ) im Verhältnis 1: 1 (Cu ²⁺ : SO ₄ ^2- )

- Bariumhydroxid

Ba (OH) ₂ , (Ba ²⁺ OH ^- ) im Verhältnis 1: 2 (Ba ²⁺ : OH ^- )

- Aluminiumbromid

AlBr ₃ (Al ³⁺ Br ^- ) im Verhältnis 1: 3 (Al ³⁺ : 3Br ^- )

- Eisen (III) oxid

Fe ₂ O ₃ (Fe ³⁺ O ^2- ) im Verhältnis 2: 3 (2Fe ³⁺ : 3O ^2- )

- Strontiumoxid

SrO (Sr ²⁺ O ^2- ) im Verhältnis 1: 1 (Sr ²⁺ : O ^2- )

- Silberchlorid

AgCl (Ag ⁺ Cl ^- ) im Verhältnis 1: 1 (Ag ⁺ : Cl ^- )

- Andere

-CH ₃ COONa (CH ₃ COO ^- Na ⁺ ) im Verhältnis 1: 1 (CH ₃ COO ^- : Na ⁺ )

- NH ₄ I (NH ₄ ⁺ I ^- ) im Verhältnis 1: 1 (NH ₄ ⁺ : I ^- )

Jede dieser Verbindungen hat eine Ionenbindung, bei der Millionen von Ionen, entsprechend ihren chemischen Formeln, elektrostatisch angezogen werden und einen Feststoff bilden. Je größer die Ionenladungen sind, desto stärker sind die elektrostatischen Anziehungskräfte und Abstoßungen.

Daher ist eine Ionenbindung tendenziell stärker, je größer die Ladungen der Ionen sind, aus denen die Verbindung besteht.

Gelöste Übungen

Hier sind einige Übungen, die das Grundwissen der Ionenbindung in die Praxis umsetzen.

- Übung 1

Welche der folgenden Verbindungen ist ionisch? Die Optionen sind: HF, H ₂ O, NaH, H ₂ S, NH ₃ und MgO.

Eine ionische Verbindung muss per Definition eine Ionenbindung aufweisen. Je größer der Elektronegativitätsunterschied zwischen seinen Bestandteilen ist, desto größer ist der ionische Charakter dieser Bindung.

Daher sind die Optionen ohne metallisches Element grundsätzlich ausgeschlossen: HF, H ₂ O, H ₂ S und NH ₃ . Alle diese Verbindungen bestehen nur aus nichtmetallischen Elementen. Das NH ₄ ⁺ -Kation ist eine Ausnahme von dieser Regel, da es keine Metalle enthält.

Die verbleibenden Optionen sind NaH und MgO, bei denen die Metalle Na bzw. Mg an nichtmetallische Elemente gebunden sind. NaH (Na ⁺ H ^- ) und MgO (Mg ²⁺ O ^2- ) sind ionische Verbindungen.

- Übung 2

Betrachten Sie die folgende hypothetische Verbindung: Ag (NH ₄ ) ₂ CO ₃ I. Was sind ihre Ionen und in welchem ​​Verhältnis befinden sie sich im Feststoff?

Wenn wir die Verbindung in ihre Ionen zerlegen, haben wir: Ag ⁺ , NH ₄ ⁺ , CO ₃ ^2- und I ^- . Diese werden elektrostatisch im Verhältnis 1: 2: 1: 1 (Ag ⁺ : 2NH ₄ ⁺ : CO ₃ ^2- : I ^- ) verbunden. Dies bedeutet, dass die Menge an NH ₄ ⁺ -Kationen doppelt so hoch ist wie die von Ag ^{+ -} , CO ₃ ^2- und I ^- -Ionen .

- Übung 3

KBr besteht aus K ^{+ -} und Br ^- -Ionen mit einer Ladungsgröße. Dann besitzt CaS die Ionen Ca ²⁺ und S ^2- mit Ladungen doppelter Größe, so dass angenommen werden könnte, dass die Ionenbindung in CaS stärker ist als in KBr; und auch stärker als Na ₂ SO ₄ , da letzteres aus Na ^{+ -} und SO ₄ ^2- -Ionen besteht .

Sowohl CaS als auch CuO können eine gleich starke Ionenbindung aufweisen, da beide Ionen mit Ladungen doppelter Größe enthalten. Als nächstes haben wir AlPO ₄ mit Al ^{3+ -} und PO ₄ ^3- -Ionen . Diese Ionen haben Ladungen dreifacher Größe, daher sollte die Ionenbindung in AlPO ₄ stärker sein als in allen vorherigen Optionen.

Und schließlich haben wir den Gewinner Pb ₃ P ₄ , denn wenn wir annehmen, dass es aus Ionen besteht, werden diese zu Pb ⁴⁺ und P ^3- . Ihre Ladungen haben die höchsten Größen; und daher ist Pb ₃ P ₄ die Verbindung, die wahrscheinlich die stärkste Ionenbindung aufweist.

Verweise

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