Salze – Ionenverbindungen
Salze sind Ionenverbindungen zwischen Kationen und Anionen.
Bildung eines Salzes
Erhitzt man Natrium in einer Chloratmosphäre, so reagieren sie unter heller Farberscheinung und ein farbloser (weißer), kristalliner Stoff bildet sich. In dieser exothermen Reaktion entsteht ein Salz:
Wie bereits bekannt ist, bedarf es zur Bildung von Ionen (mindestens) einen Elektronendonator und einen -akzeptor. Die Elektronenabgabe erfolgt hier durch das Natrium:
Das Chloratom nimmt das Elektron auf und ist daher der Elektronenakzeptor.
Mithilfe beider Reaktionen ergibt sich die komplette Reaktionsgleichung. Die Elektronen, die auf beiden Seiten vorliegen, können (und sollten) gekürzt werden.
Allgemein: Metalle reagieren mit Nichtmetallen unter Elektronenübergängen zu Kationen und Anionen: diese verbinden sich zu Salzen (Ionenverbindungen).
Beispiel: Reaktion von Aluminium und Sauerstoff
Reagiert Aluminium mit Sauerstoff, bildet sich Aluminiumoxid. Im Folgenden wird nochmals Schritt für Schritt erklärt, wie man auf die Reaktionsgleichung kommt.
Zunächst ermittelt man, wie die Elektronenabgabe abläuft. Ist ein Metall vorhanden, fungiert es als Elektronendonator fungieren. Das Aluminium wird – da es die Wertigkeit III besitzt – drei Elektronen abgeben:
Danach ist die Elektronenaufnahme zu behandeln. Ein Nichtmetall nimmt (meist) die Elektronen auf (Elektronenakzeptor). Da der Sauerstoff ein Nichtmetall ist, ergibt sich folgende Teilgleichung:
Da die Anzahl der Elektronen bei der Elektronenabgabe und -aufnahme nicht übereinstimmt, müssen die beiden Gleichungen auf den kleinsten gemeinsamen Vielfachen (hier: 12) multipliziert werden. Damit ergibt sich folgende Ionengleichung:
Da sich jedoch nicht nur die Ionen bilden, sondern auch ein Salz, das als Feststoff vorliegen kann, wird die Ionengleichung in die Reaktionsgleichung umgeformt. Dafür muss man auf die Wertigkeiten der Ionen und damit auf die Indices achten. Das Produkt aus Koeffizient und Index muss die Gesamtzahl der Ionengleichung ergeben:
Ionenverbindung und Ionengitter am Beispiel von Natriumchlorid
Durch die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Kationen und Anionen wird jedes Natriumion von sechs Chloridionen oktaedrisch umgeben (und umgekehrt). Die Anzahl gleichartiger Teilchen, die ein anderes Teilchen umgeben, nennt man Koordinationszahl KZ. Bei Natriumchlorid ist dies also KZ(NaCl) = 6.
Das Verhältnis beider Konzentrationszahlen beträgt 6:6 bzw. (gekürzt) 1:1. Da hier keine unterschiedlichen Konzentrationen vorliegen, kann man die Verhältnisformel bei Natriumchlorid mit NaCl angeben.
Eigenschaften von Salzen
Salze haben folgende Eigenschaften gemeinsam:
- Durch die Anziehung von Kationen und Anionen bilden Salze kristalline Feststoffe.
- Daher besitzen Salze hohe Schmelz- und Siedetemperaturen (z.B. schmilzt Natriumchlorid erst bei 801°C).
- Salze sind gut wasserlöslich: Das Wasser bildet um die einzelnen Ionen Wasserhüllen und isoliert diese gegeneinander.
- Im geschmolzenen und gelösten Zustand sind Salze elektrisch leitfähig, da die Ionen dann frei beweglich sind.