Größerer Ionenradius = kleinere Schmelztemperatur: Warum?
Strukturen und Eigenschaften von Salzen
Hallo,
kann mir jemand den Zusammenhang, zwischen den Schmelztemperaturen der Natrium-Halogenide und den Ionenradien der Halogenid-Ionen, erklären?
Warum nimmt die Schmelztemperatur ab, je größer der Ionenradius?
1 Antwort
Hallo Schlesweg
zwei Vorbemerkungen:
Die Alkalimetalle sind in diesen Verbindungen 1-fach positiv geladene Kationen, die Halogene entsprechend 1-fach negativ geladene Anionen. Daher lassen sich an ihnen auch tendenzielle Unterschiede beobachten und erklären. Allerdings kristallisieren nicht alle im gleichen Ionengitter. CsCl, CsBr und CsI kristallisieren im CsCl-Typ, die anderen im NaCl-Typ. Wesentlicher Unterschied ist die Koordinationszahl, also die Zahl an Kationen, die ein Anion umgibt, und umgekehrt. Dies hat natürlich auch Auswirkungen auf die Gitterenergie und damit den Schmelzpunkt.
Auch bei ausgesprochenen Ionenverbindungen gibt es immer einen geringen kovalenten Bindungsanteil, da die Elektronendichte zwischen Kation und Anion nicht auf 'Null' absinkt, was man bei einer rein ionischen Bindung erwarten würde. Auch dies trägt mit zu der Größe der Gitterenergie bei.
Beides sollte nur erwähnt werden, kann aber beim Vergleich der Halogenide im Grunde unberücksichtigt bleiben.
Der Schmelzpunkt ist unmittelbar verknüpft mit der Gitterenergie. Diese Gitterenergie ist die Energie, die notwendig ist, um zwei Ionen vollständig voneinander zu entfernen.
Innerhalb einer Gruppe nimmt die Kernladung zu. Ihr gegenüber steht eine ebenfalls zunehmende Elektronenzahl und damit ein zunehmender Atomradius, wenn man das Schalenmodell zu Hilfe nimmt. Entsprechendes gilt für die Kationen und Anionen, deren Ionenradien innerhalb der Gruppe auch von oben nach unten zunehmen. Die zunehmende Zahl der Elektronenschalen schirmt aber die Wirkung der Kernladung nach außen hin ab, so dass die Anziehungskräfte zwischen großen Kationen wie Cs⁺ und großen Anionen wie I⁻ wesentlich geringer sind als zwischen einem kleinen Kation wie Li⁺ und einem kleinen Anion wie F⁻. Die anderen Kation-Anion-Kombinationen fügen sich in diese Überlegung ein.
So steigen Gitterenergie und Schmelzpunkt in den Reihen LiI - LiBr - LiCl - LiF schrittweise an. Analog geschieht dies bei den anderen Alkalimetallen.
Vergleicht man die Reihe LiF - NaF- KF -RbF - CsF und die entsprechend anderen Halogenreihen, so nimmt auch hier die Gitterenergie erwartungsgemäß von CsF zu LiF zu. Allerdings korreliert der Schmelzpunkt nicht immer mit der Gitterenergie. Dies wird vermutlich damit zusammenhängen, inwieweit das Ionengitter durch die Ionen optimal gefüllt wird.
LG
Als Ergänzung noch: