Ionenbindung Beispiel Essay

Definition

Glas ist eine amorphe Substanz. Gewöhnlich wird Glas durch Schmelzen erzeugt, die Bildung von Glas ist aber auch durch die Erwärmung von Sol-Gel und durch Stoßwellen möglich. Thermodynamisch wird Glas als gefrorene, unterkühlte Flüssigkeit bezeichnet. Diese Definition gilt für alle Substanzen, die geschmolzen und entsprechend schnell abgekühlt werden. Das bedeutet, dass sich bei der Erstarrung der Schmelze zum Glas zwar Kristallkeime bilden, für den Kristallisationsprozess jedoch nicht genügend Zeit bleibt. Das erstarrende Glas ist zu schnell fest, um noch eine Umordnung der Bausteine zu einem Kristall zu erlauben. Vereinfachend dargestellt entspricht somit der atomare Aufbau eines Glases in etwa dem einer Flüssigkeit.[2]:3 Der Transformationsbereich, das ist der Übergangsbereich zwischen Schmelze und Feststoff, liegt bei vielen Glasarten um 600 °C.

Trotz des nicht definierten Schmelzpunkts sind Gläser Festkörper. Allerdings werden sie in der Fachterminologie als „nichtergodisch“ bezeichnet. Das heißt, ihre Struktur befindet sich nicht im thermodynamischen Gleichgewicht. Viele Kunststoffe, wie zum Beispiel Plexiglas, fallen wegen ihres amorphen Aufbaus und eines Glasübergangs ebenfalls in die Kategorie Gläser, obwohl sie eine völlig andere chemische Zusammensetzung aufweisen als Silikatgläser. Sie werden daher oft als organisches Glas bezeichnet.

Der Unterschied zwischen Gläsern und anderen amorphen Feststoffen liegt darin, dass Gläser beim Erhitzen im Bereich der Glasübergangstemperatur in den flüssigen Zustand übergehen, während nicht glasartige amorphe Substanzen dabei kristallisieren.[3]

Aus der Beobachtung der Eigenschaften der Gläser und ihrer Struktur wurden viele Versuche angestrengt, eine umfassende Definition für den Begriff Glas zu geben. Der anerkannte Glaswissenschaftler Horst Scholze führte eine Auswertung der gängigsten Definitionsversuche des Begriffs Glas durch. G. Tamman definierte 1933 den Glaszustand folgendermaßen: „Im Glaszustand befinden sich die festen, nicht kristallisierten Stoffe.“, während die ASTM 1945 als Definition „Glas ist ein anorganisches Schmelzprodukt, das im wesentlichen ohne Kristallisation erstarrt.“ vorschlug. F. Simon gab bereits 1930 eine Definition aus thermodynamischer Sicht: „Im physikochemischen Sinn ist Glas eine eingefrorene unterkühlte Flüssigkeit.“. Nach Scholze haben alle dieser Definitionen ihre Berechtigungen, jedoch auch ihre Schwächen. So ist die Definition nach Tamman zu allgemein und schließt Kieselgel, das ebenfalls ein nichtkristalliner Festkörper ist, nicht als Glas aus. Die Beschränkung der ASTM-Definition auf anorganische Substanzen wurde von Scholze als bedenklich bewertet, da mittlerweile einige organische Gläser bekannt sind.[4]:3 ff.[5]:27 ff. Eine umfassende Definition wurde von der Kommission für Terminologie der UdSSR gegeben: „Als Gläser werden alle amorphen Körper bezeichnet, die man durch Unterkühlung einer Schmelze erhält, unabhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung und dem Temperaturbereich ihrer Verfestigung und die infolge der allmählichen Zunahme der Viskosität die mechanischen Eigenschaften der fester Körper annehmen. Der Übergang aus dem flüssigen in den Glaszustand muß dabei reversibel sein.[6] Die Beschränkung der Gläser auf Festkörper, die aus einer Schmelzphase erhalten wurden, ist aus heutiger Sicht ebenfalls bedenklich, da auch der Sol-Gel-Prozess amorphe Festkörper bzw. Gläser hervorbringen kann.[4]:76 f. Die Besonderheit des Glaszustandes der Materie geht so weit, dass einige Forscher ihn als „vierten Aggregatzustand zwischen Festkörper und Flüssigkeit“ ansahen.[2]:3

Gemäß Pauling ergeben sich Ionenbindungen bei einer Elektronegativitätsdifferenz der Partner von EN> 1,7

Elektonegativitäten nach Pauling:

Nehmen wir das Beispiel: Natriumchlorid.

EN Na: 0,82
EN Cl : 3,16
Die EN =2,34 und liegt höher als der Grenzwert ( EN> 1,7)
Folglich handelt es sich bei Natriumchlorid um eine Ionenbindung

Werfen wir nun einmal einen Blick auf die Entstehung einer Ionenbindung(Salzbildung):

1. Schritt: Die Bildung des Metallkations:



Das Metall Natrium mit einer geringen EN, d.h. einem niedrigen Bestreben, Elektronen einer benachbarten Bindung zu sich zu ziehen, gibt sein Außenelektron ( Valenzelektron) ab, um den energiearmen und stabilen Edelgaszustand von Neon zu erreichen.
Natrium erreicht den Edelgaszustand von Neon, indem es einfach seine äußerste Elektronenschale aufgibt und somit nur noch zwei besetzte Schalen aufweist.

Merke:
In einer Ionenbindung ist es grundsätzlich das Metall, das Elektronen abgibt.
Für jedes abgegebene Elektron erhält das Ion eine positive Ladung, d.h.

- 1 e--> Me +
- 2 e--> Me 2+
- 3 e--> Me 3+

´Me´ steht allgemein für ein Metall !!
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2. Schritt: Die Bildung des Nichtmetall-Anions Chlorid:

Das Nichtmetall( hier Halogen) ist elektronegativer(EN Cl : 3,16) und hat ein großes Bestreben, Elektronen zu sich zu ziehen.
Es nimmt ein Elektron auf, um ebenso den Edelgaszustand(vollbesetzte äußere Schale) zu erreichen.

Merke:
In einer Ionenbindung ist es grundsätzlich das Nichtmetall, das Elektronen aufnimmt. Für jedes aufgenommene Elektron erhält das Ion eine negative Ladung, d.h.

+ 1 e--> Hal -(Halogene nehmen 1 Elektron auf !! , VII. Hauptgruppe, es fehlt 1 e zum Oktett)
+ 2 e--> O2-, S2- (Sauerstoff und Schwefel nehmen 2 Elektronen auf; VI. Hauptgruppe, es fehlen noch 2e zum Oktett.)


´Hal´ steht allgemein für ein Halogen (Fluor, Chlor, Brom, Iod) !!

Halogene werden auch als Salzbildner bezeichnet.
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Energetisch laufen folgende Schritte ab, bis schließlich eine Ionenbindung erfolgt.

1. Aufspaltung des Chlormoleküls in zwei einzelne Chloratome.(Energie wird benötigt)
2. Überführung des Natriums vom festen in den gasförmigen Zustand(Energie wird benötigt)
3. Überführung des Natrium-Atoms in ein Natrium-Ion. (Energie wird benötigt)
4. Überführung des Chlor-Atoms in ein Chloridanion.(Energie wird frei)
5. Verbindung der beiden Ionen Na+ und Cl  - zu Natriumchlorid (Kochsalz)

Vorgang

Energie (endotherm/exotherm)

Energietyp

Cl2(g) 2 Cl(g)
+ H
+ 121 KJ/mol

Dissoziationsenergie

Na (s) Na (g)
+ H
+ 109 KJ/mol

Sublimierungsenergie

Na(g) Na+ (g)
+ H
+ 502 KJ/mol

Ionisierungsenergie

Cl (g) Cl- (g)
+ H
- 365 KJ/mol

Elektronenaffinität

Na+ (g)  +  Cl- (g)NaCl(s)
+ H
- 778 KJ/mol

Gitterenergie

Gesamtenergiebilanz:

- 411 KJ /mol

 


Die Bindung von Natrium und Chlor sieht nun wie folgt aus:



Der Chemiker schreibt diesen Ablauf in folgender Reaktionsgleichung
(siehe auch Redoxreaktion)






Weitere Informationen auf dem Schulportal:

-> Atome werden Ionen
-> Formeln von Salzen
-> Stichwortverzeichnis, Ionenbindung




Weiterführende externe Links zum Thema Ionenbindung:
Ionenbindung (u-helmich.de)

Ernst G. Beck, Chemie- und Biologielehrer:
Ionenbindung, Kochsalz, Röntgenstrukturanalyse, Kristallstrukturen, Bindungsenergie, Lewis-Formeln,
Eigenschaften von Ionenverbindungen, Nomenklatur, Bildung von Ionen als Redoxreaktion



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