Beispiel für eine ionische Bindung

Die ionische Bindung wird durch die Anwesenheit eines Kations und eines Anions, einer chemischen Spezies mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen, gegeben. Es ist definiert als die elektrostatische Kraft, die Ionen in einer ionischen Verbindung bindet.

Atome von Elementen mit niedrigen Ionisierungsenergien neigen dazu, Kationen zu bilden. Im Gegensatz dazu neigen solche mit hoher Elektronenaffinität zur Bildung von Anionen.

Die Alkali- und Erdalkalimetalle bilden in ionischen Verbindungen eher Kationen, und Halogene und Sauerstoff bilden am ehesten Anionen. Folglich ergibt sich die Zusammensetzung einer Vielzahl von ionischen Verbindungen aus der Kombination eines Metalls der Gruppe IA oder IIA und eines Halogens oder Sauerstoffs.

Beispielsweise entsteht bei der Reaktion zwischen Lithium und Fluor Lithiumfluorid, ein giftiges weißes Pulver, das zum Senken des Schmelzpunktes von Lot und bei der Herstellung von Keramik verwendet wird. Die Elektronenkonfiguration von Lithium ist 1s², 2s¹, und die von Fluor ist 1s

², 2s², 2 P⁵. Wenn diese Atome in Kontakt kommen, wird das Valenzelektron 2s¹ Lithium wird auf das Fluoratom übertragen.

Es ist anzunehmen, dass der Vorgang mit der Ablösung des Elektrons vom Lithium beginnt und dieses ionisiert, um die positive 1+-Wertigkeit zu erreichen. Es geht weiter mit der Aufnahme dieses Elektrons durch Fluor, das ihm eine negative Ladung verleiht. Letztlich erfolgt die Bildung der Ionenbindung durch elektrostatische Anziehung. Die Lithiumfluoridverbindung ist elektrisch neutral.

Viele übliche Reaktionen führen zur Bildung von ionischen Bindungen. Zum Beispiel entsteht bei der Verbrennung von Calcium in Sauerstoff Calciumoxid:

Das zweiatomige Sauerstoffmolekül zerfällt in zwei einzelne Atome. Dann werden zwei Elektronen vom Calciumatom auf jedes Sauerstoffatom übertragen. Beide haben dann ihre jeweiligen Ladungen: für Calcium 2+ für jedes Atom und für Sauerstoff 2 für jedes Atom. Nach der endgültigen Bindung ist das Calciumoxid-Molekül elektrisch neutral.

Gitterenergie ionischer Verbindungen

Mit den Ionisationsenergie- und Elektronenaffinitätswerten der Elemente lässt sich vorhersagen, was Elemente bilden ionische Verbindungen, aber es ist auch notwendig, die Stabilität dieser Art von Verbindungen.

Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität sind für Prozesse definiert, die in der Gasphase ablaufen, obwohl alle ionischen Verbindungen bei 1 Atmosphäre Druck und 25 ° C fest sind. Der Festkörper ist ein ganz anderer Zustand, da jedes Kation von einer bestimmten Anzahl von Anionen umgeben ist und umgekehrt. Folglich hängt die Gesamtstabilität der festen ionischen Verbindung von den Wechselwirkungen aller Ionen und nicht nur von der Wechselwirkung eines Kations mit einem Anion ab.

Ein quantitatives Maß für die Stabilität eines ionischen Festkörpers ist seine Gitterenergie, die definiert ist als Die Energie, die erforderlich ist, um ein Mol einer festen ionischen Verbindung im gasförmigen Zustand vollständig in seine Ionen zu trennen.

Born-Haber-Zyklus zur Bestimmung der Gitterenergie

Eine direkte Messung der Gitterenergie ist nicht möglich. Wenn jedoch Struktur und Zusammensetzung einer ionischen Verbindung bekannt sind, ist es möglich, ihre Gitterenergie durch Anwendung des Coulomb-Gesetzes zu berechnen, das besagt, dass die potentielle Energie zwischen zwei Ionen direkt proportional zum Produkt ihrer Ladungen und umgekehrt proportional zum Abstand zwischen ihnen ist. Stoppen.

Da die Ladung des Kations positiv und die des Anions negativ ist, ergibt das Produkt ein negatives Energieergebnis. Dies stellt eine exotherme Reaktion dar. Folglich muss zur Umkehrung des Prozesses Energie zugeführt werden.

Es ist auch möglich, die Gitterenergie indirekt zu bestimmen, wenn angenommen wird, dass eine ionische Verbindung in mehreren Stufen gebildet wird. Dieses Verfahren ist bekannt als Born-Haber-Zyklus, das die Gitterenergien ionischer Verbindungen mit Ionisierungsenergien, elektronischer Affinität und anderen atomaren und molekularen Eigenschaften in Beziehung setzt. Diese Methode basiert auf dem Hessschen Gesetz der algebraischen Summe chemischer Reaktionen und wurde von Max Born und Fritz Haber entwickelt. Der Born-Haber-Zyklus definiert die verschiedenen Stadien, die der Bildung eines ionischen Festkörpers vorausgehen.

Natriumchlorid

Natriumchlorid ist eine ionische Verbindung mit einem Schmelzpunkt von 801 ° C, die im geschmolzenen Zustand und in wässriger Lösung Strom leitet. Steinsalz ist eine der Quellen für Natriumchlorid und kommt in unterirdischen Lagerstätten vor, die oft mehrere hundert Meter dick sind. Natriumchlorid wird auch aus Meerwasser oder aus Sole (einer konzentrierten NaCl-Lösung) durch Sonnenverdampfung gewonnen. Außerdem kommt es in der Natur in dem Mineral Halit vor.

Natriumchlorid wird mehr als jedes andere Material bei der Herstellung von anorganischen chemischen Verbindungen verwendet. Der Weltverbrauch dieser Substanz beträgt etwa 150 Millionen Tonnen pro Jahr. Natriumchlorid wird hauptsächlich bei der Herstellung anderer anorganischer chemischer Verbindungen wie Chlorgas, Natriumhydroxid, metallisches Natrium, Wasserstoffgas und Natriumcarbonat verwendet. Es wird auch verwendet, um Eis und Schnee auf Autobahnen und Straßen zu schmelzen.