Bildung von Ionen am Beispiel von Salzen?
Hallo zusammen,
wir haben folgendes Thema für die Prüfung bekommen: "Bildung von Ionen am Beispiel von Salzen mit Hilfe des Schalenmodells erklären."
Ich bin vollkommen am verzweifeln, weil ich absolut nicht weiß, was da die Aufgabe sein wird. Wäre toll, wenn mir jemand erklären könnte, was ich dazu dann wissen muss.
Danke im Voraus und Liebe Grüße
2 Antworten
Moin,
im Schalenmodell von Atomen (und einfachen Ionen) geht man davon aus, dass sich die Elektronen einer Hülle um einen Atomkern in Schalen anordnen. Das sieht dann wie eine Dartscheibe aus, zum Beispiel
Das ist ein Bild eines Schalenmodells von einem Natrium-Atom. Dass es sich hier um ein Natrium-ATOM handelt, siehst du einerseits daran, dass in der Mitte im Kern „11 p+” steht. Das bedeutet: 11 Protonen. Die Protonen sind einfach positiv geladene Teilchen im Atomkern; deshalb haben sie das Symbol p+.
Und die Protonenzahl (hier 11) ist auch gleichzeitig die Ordnungszahl, die ein Element im Periodensystem der Elemente (PSE) einnimmt. Und auf dem Platz 11 im PSE steht das Element Natrium.
Aber dass es sich um ein Natrium-ATOM handelt, siehst du vor allem auch daran, dass in der Hülle elf Elektronen vorhanden sind. Zwei Elektronen sind auf der innersten Schale (der K-Schale). Dann folgen auf der nächsten Schale (der L-Schale) acht Elektronen. Das macht zusammen zehn Elektronen (2 + 8 = 10).
Auf der äußeren Schale (hier die M-Schale) gibt es dann noch ein elftes Elektron.
Elf positiv geladene Protonen (im Kern) und elf negativ geladene Elektronen in der Hülle gleichen sich in der Wirkung ihrer Ladungen gerade gegenseitig aus. Deshalb hast du im Bild ein ungeladenes Natrium-ATOM vor dir. Natrium, weil elf Protonen im Kern sind und Atom, weil es ungeladen ist.
Doch nun ist es so, dass der energetische Zustand des Natrium-Atoms nicht der beste ist. Gerade weil das Natrium-Atom dieses einzelne Außenelektron hat, ist seine äußere Schale nicht mit Elektronen voll besetzt.
Darum ist Natrium als Atom sehr reaktiv. Es möchte nämlich eine Hülle hinbekommen, wie sie Edelgas-Atome von Natur aus haben. Die Edelgas-Atome haben nämlich eine mit Elektronen voll besetzte Außenschale. Das ist energetisch seeehr stabil und deshalb günstig.
Ein Natrium-Atom hat nun zwei Möglichkeiten, in seiner Hülle auch eine solch stabile Edelgaskonfiguration der Elektronen hinzubekommen. Es könnte entweder sieben weitere Elektronen aufnehmen. Dann käme es auf acht Außenelektronen (in der M-Schale) und hätte damit die gleiche Hülle wie ein Argon-Edelgasatom.
Oder es könnte sein einzelnes Außenelektron abgeben. Dann hätte das Natrium-Teilchen nur noch zehn Elektronen in seiner Hülle, gerade so wie ein Atom des Edelgases Neon es hat.
Nun musst du wissen, dass die Abgabe eines Elektrons etwa genau so viel Energie kostet wie die Aufnahme. Aber dann ist auch klar, dass die Abgabe eines Elektrons viel weniger Energie kostet als die Aufnahme von sieben Elektronen.
Darum gibt ein Natrium-Atom in einer chemischen Reaktion lieber ein Elektron ab. Nach der Abgabe hat es dann immer noch elf Protonen (Plusladungen) im Kern. Aber in der Hülle hat es dann nur noch zehn Elektronen (Minusladungen). Deshalb ist dieses Natrium-Teilchen nicht mehr ungeladen (wie ein Atom), sondern es ist nach der Abgabe von einem Elektron nun ein einfach positiv geladenes Natrium-ION (Ionen sind geladene Teilchen). Und weil es positiv geladen ist (beachte, dass es ein Proton im Kern mehr hat als Elektronen in der Hülle), nennt man es auch Natrium-KATION.
Wenn du dir das alles nun noch für ein anderes Atom anschaust, zum Beispiel ein Chlor-ATOM, dann wirst du feststellen, dass das Chlor-Atom 17 Protonen im Kern hat (weil Chlor auf Platz 17 im PSE zu finden ist) und 17 Elektronen in der Hülle hat (weil es ein ungeladenes Atom ist).
Einem Chlor-Atom fehlt für einen Edelgaszustand der Hülle nur ein einziges Elektron (mit 18 Elektronen hätte es die Hülle eines Argon-Atoms).
Darum nimmt ein Chloratom in chemischen Reaktionen gerne ein einzelnes Elektron auf (weil das energetisch viel günstiger ist, als sieben Elektronen abzugeben).
Im Schalenmodell sieht das ganze so aus:
Ein ungeladenes Natrium-ATOM gibt ein Elektron ab und wird dadurch zu einem einfach positiv geladenen Natrium-ION (Natrium-Kation).
Ein ungeladenes Chloratom nimmt ein Elektron auf und wird dadurch zu einem einfach negativ geladenen Chlorid-ION (Chlorid-Anion).
So kommt es also durch die Elektronenübergabe von einem Reaktionspartner auf einen anderen zu einer Ionenbildung.
Die entgegengesetzt geladenen Ionen ziehen sich dann elektrostatisch an. Sie bilden eine Ionenbindung aus.
Und weil die Ladung von Kationen (Plusladungen) in alle Raumrichtungen wirkt, ziehen sie auch aus allen Raumrichtungen Gegenionen (Anionen, Minusladungen) an. Diese Anionen umringen ein Kation dann so lange, wie sie Platz finden. Die Anionen ziehen dann ihrerseits wieder Kationen an usw.
Deshalb entsteht ein riesiges dreidimensionales Ionengitter, in dem die einzelnen Kationen und Anionen jeweils einen festen Platz haben. Die hochgeordnete Struktur bezeichnet man auch als Kristall.
Ab einer gewissen Größe können wir dann den Kristall sogar mit bloßem Auge sehen. Dann sprechen wir von einem Salzkristall.
Und das sollst du für deine Prüfung können. Die Atome von Elementen im Schalenmodell darstellen. Dann die Elektronenübergänge erkennen und erklären können. Und schließlich wissen, dass Elektronenübergänge zu Ionen (Kationen und Anionen) führen, die sich dann gegenseitig anziehen und ein Salzkristall bilden.
Für solche Erklärungen ist vielleicht noch hilfreich zu wissen, dass dies vor allem dann passiert, wenn ein Reaktionspartner ein Metall ist, der andere ein Nichtmetall.
Typische Beispiele für Metalle sind in solchen Reaktionen
- Lithium, Natrium, Kalium
- Magnesium, Calcium, Barium
- Aluminium
Typische Beispiele für Nichtmetalle in solchen Reaktionen sind
- Sauerstoff, Schwefel
- Fluor, Chlor, Brom
- Stickstoff, Phosphor
Viel Erfolg bei deiner Prüfung...
LG von der Waterkant
Das Grundprinzip der Ionen ist die Elektronenabgabe bzw Elektronenaufnahme Z. B Schwefel hat 6 Außenelektronen und weil das Ziel der Ionenbildung die vollbesetzte außenschale ist braucht es 8 Elektronen im schalenmodell ist es dann so das die letzte Schale 6 Elektronen hat und nach der Elektronenaufnahme 8 hat dann muss man die Anzahl der Protonen (bei Schwefel 16) und dann die Anzahl der Elektronen nach Elektronenauf bzw Abgabe in dem Fall nimmt es ja 2 auf damit es auf der letzten Schale 8 hat und energetisch stabil ist also sind es 18. 16-18 sind - 2 also ist es ein zweifach negativ geladenes sulfid ion (bei negativ geladenen Ionen wird er lat. Name +Id drangehangen. Hoffe das könnte dir helfen wenn du fragen hast nur her damit :)