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Ionenverbindungen sind Salze
Stoffe, die aus Ionen aufgebaut sind (Ionenverbindungen), nennt man Salze. Salze bilden Kristalle, da sich die Kationen und Anionen des Salzes durch die gegeseitige Anziehung (die in alle drei Raumrichtungen wirkt) regelmäßig anordnen.
Die Umkehrung gilt nicht, da auch ungeladene Stoffe Kristalle bilden können (z.B. Zucker).
Eigenschaften von Salzen
Salze sind spröde
Salze zerbrechen auf Schlag, weil durch den Schlag Ionen verschoben werden und somit gleichartig geladene Ionen nebeneinander zu liegen kommen - diese stoßen sich ab, der Kristall zerbricht.
Da Metalle aus Atomen aufgebaut sind, lassen sich Metall(bleche) biegen und verformen - durch den äußeren Druck verschieben sich zwar die Atome gegeneinander, die Umgebung jedes einzelnen Atoms bleibt aber gleich.
Salze bilden Kristalle
In jedem Salzkristall sind die Ionen regelmäßig angeordnet. Jedes Salz hat seine eigene, spezifische Kristallstruktur. Die Daten für die Kristallstruktur gewinnt man beim Röntgen von Kristallen (Röntgenstrukturanalyse).
Salze sind Leiter 2. Art
Salzlösungen und Salzschmelzen leiten den elektrischen Strom, da dann bewegliche Ladungsträger vorhanden sind. Salzkristalle leiten daher den elektrischen Strom nicht.
Salze haben hohe Schmelz- und Siedetemperaturen
Zum Schmelzen muss soviel Energie zugefügt werden, dass die starken Bindungskräfte (Anziehung der entgegengesetzten Ladung) überwunden wird.
Beispiele für Schmelztemperaturen: NaCl 801°C, MgSO4 1124°C
NaHCO3 schmilzt nicht, sondern zerfällt bei 66°C in Natriumcarbonat, Wasser und Kohlenstoffdioxid, Na2S2O35H2O schmilzt nicht, sondern löst sich bei 45-50°C in seinem eigenen Kristallwasser.
Salze lösen sich in Wasser
Viele Salze lösen sich gut in Wasser, es gibt aber auch schwerlösliche Salze.
Beim Lösen bildet sich um die Ionen eine Hydrathülle. Die Wassermoleküle lagern sich also je nach Ladung mit unterschiedlichen Seiten um die Ionen.
Da das Sauerstoffatom im Wassermolekül leicht negativ geladen ist, zeigen die Sauerstoffatome immer zu den Kationen. Die Wasserstoffatome in den Wassermolekülen sind immer leicht positv geladen, diese zeigen dann immer zu den Anionen.
Eine Hydrathülle besteht immer aus mehreren Schichten der Wassermoleküle.
Synthese von Salzen
Salze können auf unterschiedlichem Weg hergestellt werden:
- durch die Reaktion von Elementen (Metall mit Nichtmetall)
- durch die Reaktion eines Metalls mit einer Säure
- durch die Reaktion von Säure und Lauge
Im ersten Fall tauschen die Atome der Elemente Elektronen aus, im zweiten Fall gibt das Metall Elektronen an die Wasserstoffprotonen der Säure und im dritten Fall werden keine Elektronen sondern ganze Ionen ausgetauscht.
Metall + Nichtmetall -> Salz
Beispiele für diese Salzbildungsreaktion sind die Synthese von Natriumchlorid (NaCl) oder Aluminiumbromid (AlBr3) aus den Elementen.
Bei diesen Reaktionen wird viel Energie in Form von Licht und Wärme frei.
Bei den Reaktionsgleichungen kann man das Ausgleichen üben, da die Elemente der 7. Hauptgruppe als Moleküle aus jeweils zwei Atomen des Elements vorliegen.
Natrium + Chlor → Natriumchlorid + Energie
2 Na + Cl2 → 2 Na+ + 2 Cl- + Energie
2 Al + 3 Br2 → 2 Al 3+ + 6 Cl- + Energie
Für beide Reaktionen lassen sich bei YouTube Filmchen finden, die den Reaktionsverlauf darstellen.
Metall + Säure -> Salz + Wasserstoff
Beispiel: Zink + Schwefelsäure Zinksulfat + Wasserstoff
Kupfersulfat ist kein Reaktionspartner, sondern ein Katalysator. Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie (AE) und beschleunigt dadurch den Reaktionsbeginn. (Bild wird vielleicht noch ergänzt.)
Exkurs zur Schwefelsäure - Protokoll zur Synthese von Zinksulfat
Reaktion im Detail
Metall + Säure Salz (Ionen) + Wasserstoff (Molekül)
Zink + Schwefelsäure Zinksulfat + Wasserstoff
Zn Zn2+ + 2 e- H2SO4 2 H+ + (SO4)2-
also:
Zn + H2SO4 Zn2+ + (SO4)2- + 2 H+ + 2 e-
Aus den Wasserstoffprotonen und den Elektronen entsteht dann Wasserstoffgas:
2 H+ + 2 e- H2