Einführung in die Chemie
Lernziel
- Wissen über Ionenbindung anwenden, um die Formel von ionischen Verbindungen
Schlüsselpunkte
- Die Ladung der Kationen und Anionen in einer ionischen Verbindung kann durch den Verlust oder Gewinn von Valenzelektronen bestimmt werden, die notwendig sind, um stabile, Edelgas-Elektronenkonfigurationen zu erreichen.
- Die Anzahl der Kationen und Anionen, die in einer ionischen Verbindung kombiniert werden, ist das einfachste Verhältnis ganzer Zahlen, das kombiniert werden kann, um elektrische Neutralität zu erreichen.
- Das Kation geht dem Anion sowohl in der Schriftform als auch in der Formel voraus.
Begriffe
- polyatomares IonEin aus mehreren Atomen zusammengesetztes Ion.
- empirische FormelDas einfachste ganzzahlige Verhältnis zwischen Elementen in einer Formel einer Verbindung.
- EdelgasJedes der Elemente der Gruppe 18 des Periodensystems, das einatomig und, mit sehr wenigen Ausnahmen, inert oder nicht reaktiv ist.
- elektrisch neutralEine Nettoladung von Null, die auftritt, wenn ein Atom oder Molekül/Verbindung keinen Elektronenüberschuss oder -mangel hat.
Ionische Verbindungen
Eine Ionenbindung entsteht durch die Übertragung eines oder mehrerer Valenzelektronen, typischerweise von einem Metall auf ein Nichtmetall, wodurch ein Kation und ein Anion entstehen, die durch eine anziehende elektrostatische Kraft miteinander verbunden sind. Im makroskopischen Maßstab bilden ionische Verbindungen, wie z. B. Natriumchlorid (NaCl), ein kristallines Gitter und sind bei normalen Temperaturen und Drücken Feststoffe.
Die Ladung der Kationen und Anionen wird durch die Anzahl der Elektronen bestimmt, die erforderlich sind, um stabile elektronische Edelgaskonfigurationen zu erreichen. Die ionische Zusammensetzung wird dann durch die Anforderung definiert, dass die resultierende Verbindung insgesamt elektrisch neutral sein muss.
Um zum Beispiel Magnesium (Mg) und Brom (Br) zu einer ionischen Verbindung zu kombinieren, notieren wir zunächst die elektronischen Konfigurationen dieser Atome (Valenzstufe in kursiv angegeben):
Mg: 1s22s22p63s2
Br: 1s22s22p63s23p63d104s24p5
Um die Edelgaskonfiguration zu erreichen, muss das Magnesiumatom seine zwei Valenzelektronen verlieren, während das Bromatom, das 7 Valenzelektronen besitzt, ein zusätzliches Elektron benötigt, um seine Außenschale aufzufüllen. Damit die resultierende Verbindung neutral ist, müssen sich daher zwei Bromanionen mit einem Magnesiumkation verbinden, um Magnesiumbromid (MgBr2) zu bilden. Obwohl jedes Verhältnis von zwei Bromatomen zu einem Magnesiumatom die beiden oben genannten Anforderungen erfüllt, wird die Formel für ionische Verbindungen typischerweise als empirische Formel oder das einfachste ganzzahlige Verhältnis von Atomen mit positiven ganzen Zahlen dargestellt.
Beachten Sie, dass das Kation immer vor dem Anion steht, sowohl in der geschriebenen Form als auch in Formeln. Während in der Schriftform der Name des Kations in der Regel mit dem des Elements übereinstimmt, wird bei einatomigen Anionen das Suffix in -id geändert, wie im Fall von Natriumchlorid. Wenn das Anion ein mehratomiges Ion ist, kann das Suffix variieren, ist aber typischerweise entweder -ate oder -ite, wie im Fall von Natriumphosphat und Calciumnitrit, abhängig von der Identität des Ions.
Weitere Beispiele:
- Lithiumfluorid: Li+ und F- verbinden sich zu LiF
- Calciumchlorid: Ca2+ und Cl- verbinden sich zu CaCl2
- Eisen(II)-oxid: Fe2+ und O2- verbinden sich zu FeO
- Aluminiumsulfid: Al3+ und S2- verbinden sich zu Al2S3
- Natriumsulfat: Na+ und SO42- verbinden sich zu Na2SO4
- Ammoniumphosphat: NH4+ und PO43- verbinden sich zu (NH4)3PO4
- Kaliumchlorit: K+ und ClO2- verbinden sich zu KClO2