Erklärung der Vorgänge bei der Bildung von Kaliumfluorid aus den Elementen Kalium und Fluor?

2 Antworten

Moin,

nachdem du die beiden Stoffe Kalium und Fluor in einem Reaktionsgefäß zusammengeführt hast, brauchst du zunächst einmal (wie bei jeder chemischen Reaktion) eine Aktivierungsenergie, damit die Sache überhaupt losgeht. Die ist allerdings nicht sehr hoch, weil Kalium ein hochreaktives Alkalimetall ist.

Die Aktivierungsenergie wird unter anderem dazu benötigt, die Atombindung (Elektronenpaarbindung; kovalente Bindung) zwischen den Fluoratomen zu trennen. Du musst wissen, dass im Element Fluor die kleinsten Teilchen nicht in einzelnen Atomen, sondern in kleinen zweiatomigen Minimolekülen ("F2") vorliegen.

Wenn aber diese Minimoleküle erst einmal gespalten wurden, haben beide einzelnen Fluoratome jeweils ein ungepaartes Elektron im äußeren Hauptenergieniveau:

F–F ---[Aktivierungsenergie]--> F• + •F

Dieser Zustand mit dem ungepaarten Elektron ist energetisch für das Fluoratom "unerträglich". Deshalb sucht es sofort nach einem Reaktionspartner. Tja, und den findet es im Kalium.

Im Kalium liegen nämlich die Atome in einer metallischen Bindung vor. Das ist eine Art Kristallstruktur, wobei positive Kaliummetallatomrümpfe geordnet beieinander liegen und zwischen ihnen eine Art "Elektronengas" für einen Zusammenhalt sorgt.

Die Elektronen in diesem "Elektronengas" stammen aus den Kaliumatomen, denn diese haben - wie du vielleicht weißt - alle nur ein einzelnes Valenzelektron in ihrem äußeren Hauptenergieniveau.

In dem "Elektronengas" sind diese Valenzelektronen nicht mehr völlig eindeutig den postiv geladenen Atomrümpfen zuzuordnen. Deshalb fällt es den "angreifenden" Fluoratomen leicht, sich ein Elektron aus dem "Elektronengas" zu schnappen. Das heißt, dass die ungeladenen Fluoratome ein Elektron aufnehmen und damit zu einem einfach negativ geladenen Fluor-Anion (F^–) werden. Diese Anionen bezeichnet man dann als "Fluorid".
Da aber nun im "Elektronengas" immer mehr Elektronen auf diese Weise "weggefischt" werden, bleiben im Kaliummetall immer mehr positiv geladene Atomrümpfe übrig; sie werden zu Kalium-Kationen (K^+).

Man sagt dann auch, dass bei der Reaktion zwischen ungeladenen Kaliumatomen und ungeladenen zweiatomigen Fluormolekülen die Kaliumatome ein Elektron an die Fluoratome abegeben. Dadurch werden aus den ungeladenen Kaliumatomen einfach positiv geladene Kalium-Kationen und aus den ungeladenen Fluoratomen einfach negativ geladene Fluorid-Anionen.

Beide Atome erreichen durch die Abgabe (Kalium) bzw. die Aufnahme (Fluor) eines Elektrons eine Elektronenanzahl und -anordnung in ihren Hüllen, wie sie die Atome der Edelgase Neon (Fluorid-Anion) bzw. Argon (Kalium-Kation) von Natur aus haben. Diese sogenannte "Edelgaskonfiguration" ist energetisch besonders stabil und somit günstig. Durch das Erreichen dieser Edelgaskonfiguration wird deshalb jede Menge Reaktionsenergie freigesetzt (exotherme Reaktion).

Die Reaktionsenergie sorgt dann locker dafür, dass so lange Fluor und Kalium miteinander reagieren, bis mindestens einer der beiden Stoffe völlig verbraucht ist.

Danach liegen dann - wie beschrieben - die Kaliumteilchen als Kationen und die Fluoridteilchen als Anionen vor. Elektrostatisch unterschiedlich geladene Ionen ziehen aber einander an (wohingegen sich gleich geladene Ionen voneinander abstoßen). Deshalb werden nun alle Kalium-Kationen aus allen Raumrichtungen von Fluorid-Anionen umringt und zwar so lange, wie Platz vorhanden ist. Irgendwann sind nämlich so viele Fluorid-Anionen um ein Kalium-Kation versammelt, dass sie sich (und vor allem weitere) Anionen gegenseitig voneinander abstoßen. Dann werden die nun außen liegenden Fluorid-Anionen jeweils wiederum von so vielen Kalium-Kationen umringt, wie diese Platz finden usw...

Das führt am Ende zu einem riesigen Ionengitter aus abwechselnd geladenen Kation und Anionen. Ab einer bestimmten Anzahl solcher Ionen (also ab einer bestimmten Größe des Ionengitters) können wir diese geordnete Struktur wieder sehen. Dann sagen wir: Es ist ein Kristall entstanden.

Fazit:
Kaliumatome geben ein Elektron ab und werden zu einfach positiv geladenen Kalium-Kationen (die eine Edelgaskonfiguration wie Argon-Atome haben).
Fluoratome nehmen dieses Elektron auf und werden zu einfach negativ geladenen Fluorid-Anionen (die dann eine Edelgaskonfiguration wie Neon-Atome haben).
Die unterschiedlich geladenen Ionen bilden am Ende ein Ionengitter mit Ionenbindungen (Kristall).
Nach dem Aufbringen einer geringen Aktivierungsenergie wird bei dem Vorgang der Elektronenübergabe so viel Energie freigesetzt, dass dieser Vorgang freiwillig weitergeht, bis mindestens einer der beiden reagierenden Stoffe verbraucht ist (exotherme Reaktion).

War das verständlich (und ausführlich) genug?

LG von der Waterkant

Dankeschön!!! Ich soll noch die bei der Reaktion freiwerdende Energie ermitteln. WAs beträgt die?

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Du musst alle Energien die aufgewendet werden minus der Elektronaffinität und der Gitterenergie rechnen.

Bist du zufällig am Hansa Kolleg in Hamburg ?

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Du musst alle Energien die aufgewendet werden minus der Elektronaffinität und der Gitterenergie rechnen.
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