Bildung von Ionen und Ionenbindung

Bildung von Ionen und Ionenbindung Übung

• Gib an, wie Ionen entstehen.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Bei der Ionenbildung sind Elektronen beteiligt.

  Lösung

  Jedes Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern und einer negativ geladenen Atomhülle. Da jedoch die Anzahl der negativ geladenen Elektronen und positiv geladenen Protonen im Atom gleich ist, ist ein Atom neutral, also ungeladen.
  
  Ionen sind hingegen positiv oder negativ geladen.
  Sie entstehen, wenn ein Atom:

  • Elektronen abgibt oder
  • Elektronen aufnimmt.

  
  Denn dann sind die Ladungen im Atom nicht mehr ausgeglichen: Das entstandene Ion hat entweder weniger Elektronen und ist damit positiv geladen oder es hat mehr Elektronen und ist deswegen negativ geladen.

• Stelle die Elektronenübertragung vom Natriumatom an das Chloratom dar.

  Tipps

  Das Natriumatom gibt ein Elektron an das Chloratom ab.

  Lösung

  Aus dem Periodensystem der Elemente können wir herauslesen, dass ein Natriumatom elf Elektronen hat, wovon sich genau eines in der äußersten Schale befindet.
  Ein Chloratom hat 17 Elektronen und davon sind sieben Außenelektronen.

  Alle Atome streben danach, eine voll besetzte Außenschale zu haben. In den allermeisten Fällen bedeutet dies: Das Atom hat acht Außenelektronen. Das ist die Oktettregel. Der dadurch erreichte Zustand ist die Edelgaskonfiguration.

  Für das Natriumatom ist der Weg zur Edelgaskonfiguration von Argon allerdings ziemlich weit, denn dazu müsste es sieben Elektronen aufnehmen. Viel günstiger ist es stattdessen, ein Elektron abzugeben. So wird die zweite Schale zur Außenschale – und die ist bereits voll besetzt. Damit hat das Natriumatom die Edelgaskonfiguration von Neon erreicht.

  Für das Chloratom ist es hingegen günstig, ein Elektron aufzunehmen: Schon hat es die Edelgaskonfiguration von Argon, nämlich acht Außenelektronen in der dritten Schale.

  Und damit wird auch klar, warum die Atome der Elemente Natrium und Chlor eine Verbindung eingehen. Denn das Elektron, welches das Natriumatom abgibt, muss schließlich irgendwo hingehen – und das Chloratom braucht genau eines, welches es aufnehmen kann: Es findet eine Elektronenübertragung statt. Zudem gleichen sich die positive Ladung des Kations und die negative Ladung des Anions genau aus. Durch die Bindung entsteht also wieder ein nach außen neutraler Stoff, nämlich Natriumchlorid. Die Bindung zwischen den Ionen nennt man passenderweise Ionenbindung.

• Beschreibe die Ionenverbindung von Magnesium und Sauerstoff.

  Tipps

  Eine voll besetzte Schale hat in der Regel acht Außenelektronen.

  Magnesium ist ein Metall.

  Lösung

  Wie für Magnesiumatome ist es in der Regel für alle Metalle günstig, Elektronen abzugeben, wodurch positiv geladene Ionen entstehen: die sogenannten Kationen.
  Da Magnesium sich in der zweiten Hauptgruppe befindet, hat das Magnesiumatom zwei Außenelektronen abzugeben.

  Wie Sauerstoffatome nehmen Nichtmetalle meist Elektronen auf und bilden damit negativ geladene Ionen: die Anionen.
  Das Sauerstoffatom hat sechs Außenelektronen und benötigt somit noch zwei Elektronen, damit seine äußerste Schale voll besetzt ist.

  Durch die Bindung bildet sich Magnesiumoxid, ein nach außen neutraler Stoff.
  Die Stoffe, die durch eine Ionenverbindung entstehen, heißen Salze.
  Aufgrund der elektrostatischen Anziehung zwischen den gegensätzlich geladenen Ionen ist diese Bindung sehr stark.

• Benenne die Ionen.

  Tipps

  Wenn Elektronen abgegeben werden, dann wird aus dem neutralen Atom ein positiv geladenes Ion.

  Lösung

  Ionen entstehen, wenn ein Atom ein oder mehrere Elektronen abgibt oder aufnimmt. Denn dann sind die Ladungen im Atom nicht mehr ausgeglichen: Das entstandene Ion hat entweder weniger Elektronen und ist damit positiv geladen oder es hat mehr Elektronen und ist daher negativ geladen.

  Natrium ist in der dritten Periode sowie in der ersten Hauptgruppe. Natriumatome haben somit drei Schalen und ein Außenelektron. Gibt ein Natriumatom dieses ab, ist es einfach positiv geladen.
  Das entstandene Ion heißt $\ce{Na+}$.

  Chlor befindet sich ebenso in der dritten Periode, jedoch in der siebten Hauptgruppe. Auf der dritten und äußersten Schale der Chloratome sind somit sieben Außenelektronen. Nimmt ein Chloratom ein Elektron auf, ist es einfach negativ geladen.
  Das entstandene Ion heißt $\ce{Cl-}$.

  Magnesium steht ebenfalls in der dritten Periode, allerdings in der zweiten Hauptgruppe. Magnesiumatome haben somit drei Schalen und zwei Außenelektronen. Es ist also günstiger, zwei Elektronen abzugeben, statt sechs aufzunehmen. Durch die Abgabe ist das Magnesiumatom zweifach positiv geladen.
  Das entstandene Ion heißt $\ce{Mg^2+}$.

  Sauerstoff finden wir in der zweiten Periode und in der sechsten Hauptgruppe. Sauerstoffatome verfügen also über zwei Schalen und sechs Außenelektronen. Es ist somit leichter, zwei Elektronen aufzunehmen, statt sechs Elektronen abzugeben. Durch die Aufnahme von zwei Elektronen ist das Sauerstoffatom zweifach negativ geladen.
  Das entstandene Ion heißt $\ce{O^2-}$.

• Charakterisiere die beiden Atome.

  Tipps

  Natrium ist ein Metall und steht in der ersten Hauptgruppe.

  Für Metalle ist es in der Regel günstiger, Elektronen abzugeben.

  Lösung

  Natrium (Elementsymbol: $\ce {Na}$) befindet sich in der ersten Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Das bedeutet, dass Natriumatome ein Außenelektron besitzen. Für das Natriumatom ist es günstiger, ein Elektron abzugeben, statt sieben Elektronen aufzunehmen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

  Chlor (Elementsymbol: $\ce {Cl}$) hingegen steht in der siebten Hauptgruppe, weist also sieben Außenelektronen auf. Für Atome der Halogene (Elemente der siebten Hauptgruppe) ist es also leichter, ein Elektron aufzunehmen, statt sieben Elektronen abzugeben, um eine voll besetzte Schale zu erreichen.

• Bestimme die Summenformel für die Ionenverbindung von Aluminium und Sauerstoff.

  Tipps

  Insgesamt werden sechs Elektronen übertragen.

  Lösung

  Alle Atome streben danach, eine voll besetzte Außenschale zu haben. In den allermeisten Fällen bedeutet dies: Das Atom hat acht Außenelektronen. Das ist die Oktettregel. Der dadurch erreichte Zustand ist die Edelgaskonfiguration.

  Aluminium steht in der dritten Hauptgruppe. Das heißt, dass Aluminiumatome auf der äußersten Schale drei Elektronen haben, die sie abgeben möchten. Sauerstoffatome hingegen haben in ihrer äußersten Schale nur „Platz“ für zwei Elektronen. Dies bedeutet, dass ein Elektron übrig bleiben würde. Deshalb müssen sich mehrere Atome der beiden Elemente miteinander verbinden.

  Es verbinden sich zwei Aluminiumatome mit drei Sauerstoffatomen. Die Rechnung ist ganz einfach:

  Zwei Aluminiumatome geben jeweils drei Elektronen ab:

  $2 \cdot 3$ Elektronen $= 6$ Elektronen

  Drei Sauerstoffatome nehmen jeweils zwei Elektronen auf:

  $3 \cdot 2$ Elektronen $= 6$ Elektronen

  Die Summenformel lautet daher $\ce{Al_2O_3}$.