Ionenbindungen

Ionenbindung - Einfach erklärt

Atome liegen im Grundzustand als Elemente vor, die genauso viele Elektronen wie Protonen im Atomkern haben. Die Elemente sind damit neutral und haben keine Ladung.

Aus Gründen der Energiearmut, die angestrebt wird, nehmen Elemente Elektronen auf oder geben Elektronen ab, bis sie auf ihrer Außenschale genauso viele Elektronen haben wie ein Edelgas. Edelgase sind die Elemente der achten Hauptgruppe im Periodensystem und sie sind sehr reaktionsträge. Wegen des Strebens nach Energiearmut geben Elemente Elektronen ab oder nehmen welche auf, je nachdem, was weniger Energie benötigt beziehungsweise bei welchem Vorgang weniger Elektronen bewegt werden müssen. Ein Beispiel dazu folgt im Laufe der Erklärung.

Dabei passt es natürlich, wenn zwei Elemente aufeinandertreffen, von denen eines eher Elektronen abgeben und das andere eher Elektronen aufnehmen möchte. Das Element, das seine Elektronen abgibt, ist dann positiv geladen (Kation mit Elektronenmangel). Das Element, das Elektronen eher aufnimmt, ist negativ geladen (Anion mit Elektronenüberschuss).

Damit eine Ionenbindung entstehen kann, muss ein Elektronegativitätsunterschied (ΔEN) der größer ist als 1,7 zwischen den beiden Elementen vorliegen. Die Elektronegativität ist ein Maß für die Stärke, mit der Bindungselektronen zu einem Element gezogen werden. Um die Differenz zu berechnen, ziehst Du den kleineren E_N-Wert der beteiligten Atome von dem größeren E_N-Wert ab, damit die Differenz immer positiv ist. Ist die Differenz niedriger als 1,7, so handelt es sich wahrscheinlich um kovalente Bindungen.

Das Element mit der höheren Elektronegativität bildet dabei das Anion und das mit der geringeren Elektronegativität bildet das Kation. Nach Elektronenübertragung liegen also Kation und Anion vor, die sich dann gegenseitig elektrostatisch anziehen und damit über eine ionische Bindung zusammengehalten werden. Fast alle ionischen Bindungen werden als Salze bezeichnet. Die Kationen und Anionen ordnen sich bei Salzen in einem regelmäßigen Kristallgitter an.

Ionenbindung - Beispiele

Am besten kann man Ionenbindungen am Beispiel von Salzen erklären. Natriumchlorid (Kochsalz) besteht aus den Elementen Natrium und Chlor. Das Natriumatom besitzt ein Außenelektron, was abgegeben werden kann, sodass es die Oktettregel erfüllt. Das Chloratom besitzt sieben Außenelektronen. Wenn es ein Elektron aufnimmt, besitzt es auch acht Außenelektronen und erfüllt so auch die Oktettregel. Das vom Natrium abgegebene Elektron wird also vom Chlor aufgenommen, wodurch ein positiv geladenes Natriumion und ein negativ geladenes Chloridion entsteht.

Ein weiteres Beispiel ist Aluminiumchlorid. Ein Aluminiumatom hat drei Außenelektronen. Wenn es diese drei Elektronen abgibt, erfüllt es die Oktettregel. Es entsteht ein dreifach positiv geladenes Aluminiumion. Das Aluminiumion kann mit negativen Chloridionen zu einer Ionenverbindung vereint werden. Damit die Oktettregel für alle Beteiligten erfüllt ist, werden drei Chloridionen benötigt. Denn das Aluminium hat drei Elektronen abzugeben und das Chlor kann nur eines aufnehmen. Es entsteht das Salz Aluminiumchlorid (AlCl₃).

Struktur einer Ionenbindung

Ionenverbindungen bilden sogenannte Kristallgitter. So besteht zum Beispiel Natriumchlorid aus Kristallen, die aus Natriumionen und Chloridionen dreidimensional aufgebaut sind. Zusammengehalten wird der Kristall durch die elektrostatische Anziehung. Also durch die Anziehung zwischen positiven und negative Ionen. Die Ionen ordnen sich dabei immer so an, dass die elektrostatische Anziehung zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen so groß wie möglich wird und die Abstoßung zwischen gleich geladenen Ionen, so klein wie möglich.

Abbildung 3: Gitterstruktur von Natriumchlorid

Ionenbindungen - Eigenschaften

Ionenbindungen weisen folgende Eigenschaften auf:

• Sie bilden harte und spröde Verbindungen aus.

• Die Verbindungen liegen als Kristalle mit typischen Strukturen vor.

• Sie haben hohe Schmelztemperaturen.

• Sie lösen sich in polaren Lösungsmitteln.

• Sie leiten elektrischen Strom sowohl in geschmolzener, als auch in gelöster Form.

Ionische Verbindungen haben aufgrund starker Anziehungskräfte zwischen den Ionen hohe Schmelz- und Siedepunkte. Um die Ionen zu trennen, ist daher eine große Menge an Wärmeenergie erforderlich. Weiterhin sind Ionenbindungen im gelösten Zustand sehr gute elektrische und thermische Leiter, nicht aber im festen Zustand. Elektrische Leitung erfordert frei bewegliche Teilchen, die im Ionengitter fehlen.