Salze – Ionengitter und Kristalle

Warst du schonmal am Toten Meer? Da gibt's ziemlich viel Salz. SO viel, dass es am Strand "auskristallisiert". Auch in der Bolivianischen Salzwüste gibt's schöne, große Kristalle – der hier funkelt richtig! Andere Salze bilden sogar NOCH schönere – wie dieser "Flussspat" hier. (Das ist "Calciumfluorid".) Wie sich bei "Salzen" aus Ionen KRISTALLE bilden – darum geht's in diesem Video. Vielleicht bekommst du am Ende sogar Lust, deine eigenen Kristalle zu züchten! Aber erstmal zu den Basics: Du solltest schon wissen, dass Salze "Ionenverbindungen" sind, sich also aus positiv geladenen "Kationen" und negativ geladenen "Anionen" zusammensetzen. Das können einfache Verbindungen aus einem Metall und einem Nichtmetall sein, wie das typische Beispiel "Natriumchlorid", also "Kochsalz", aber auch Salze aus ZUSAMMENGESETZTEN Ionen, wie "Ammóniumsulfat" (ein beliebter Dünger). Aber egal, um welche Ionen es sich handelt – diese bilden nicht einfach Pärchen. Ionen formen eine Gitterstruktur: das "Ionengitter". In einem Salz haben die Ionen also feste Plätze in einer räumlichen Anordnung. Wobei die Verbindungsstäbchen hier nur der Veranschaulichung dienen. In Wirklichkeit ist es allein die "Coulombkraft", also die elektrostatische Anziehung, die die Ionen auf ihren Positionen hält. Die einfachste Anordnung ist eine Struktur wie bei "Natriumchlorid", bei der die Kationen und Anionen abwechselnd nebeneinander sitzen. Jedes Natrium-Ion ist hier von SECHS Chlorid-Ionen umgeben, und umgekehrt genauso. Mit der "Koordinationszahl" wird dieser Zusammenhang ausgedrückt, hier also "sechs". Aber es geht auch anders: Bei CÄSIUM-chlorid, hat jedes Cäsium-Ion ACHT Chlorid-Ionen als Nachbarn. Hier haben wir also die Koordinationszahl "acht". Bei der "Zinkblende" (das ist "Zinksulfid"), haben wir hingegen die Koordinationszahl VIER. Das sind die drei wichtigsten Gitterstrukturen, nach denen auch viele andere Salze aufgebaut sind; aber es gibt noch einige mehr. Wir sprechen von der "Kristallstruktur" oder schlicht dem KRISTALL, wenn die Gitterstruktur eines Salzes gemeint ist. Diese Art von Aufbau ist maßgeblich dafür verantwortlich, dass Salze solche großen, durchscheinenden Klunker mit klaren Kanten bilden können. Aber auch in Pulverform sind Salze "Kristallin" aufgebaut; nur eben aus vielen kleinen statt aus einem großen Kristall. Wie entscheidet sich nun aber, welches Salz WELCHE Kristallstruktur bildet? Dafür ist einerseits das GRÖẞENVERHÄLTNIS der Ionen entscheidend: Unterschiedlich große "Ionenradien" machen unterschiedliche Abstände im Gitter notwendig. So ergeben sich unter anderem unsere drei Kristallstrukturen. Andererseits spielt auch das Verhältnis von Kationen zu Anionen eine Rolle. Beispielsweise gleichen sich die Ladungen der Natrium- und Chlorid-Ionen "eins zu eins" aus, wie es auch die Summenformel ausdrückt. Deshalb können sie abwechselnde Plätze einnehmen. Bei einem Salz wie dem "Flussspat" ist hingegen das Metall-Ion ZWEIFACH positiv geladen, deshalb ist eine kompliziertere Anordnung notwendig, um die Ladungen insgesamt auszugleichen. Hier sind die Koordinationszahlen der Calcium- und Fluorid-Ionen UNTERSCHIEDLICH groß. Kristallstrukturen sind aber nicht nur auf der "Teilchenebene" schick, mit ihnen lassen sich auch einige Eigenschaften auf der "STOFFebene" erklären. Die "Ionenbindungen" in den festen Gitterstrukturen sind sehr stark, deshalb haben Salze generell sehr hohe Schmelz- und Siedetemperaturen, sind also "hochschmelzend", wie man sagt. Aus demselben Grund sind die Kristalle einzeln auch sehr hart und lassen sich nicht verformen. Allerdings zerbrechen sie leicht – sind also "spröde". Das erklärt sich so: Ist eine "Krafteinwirkung" stark genug, um die Kristallstruktur an einer Stelle aufzubrechen, verschieben sich die Ionen gegeneinander. Jetzt stehen sich aber GLEICHE Ladungen gegenüber! Der Kristall zerspringt! Dass die Ladungen im Normalzustand ausgeglichen und UNBEWEGLICH sind, führt dazu, dass Salze als Feststoffe elektrische "Isolatoren" (also Nichtleiter) sind. Ganz anders sieht das aus, wenn ein Salz in Wasser "gelöst" wird. Salze lösen sich, wenn die "Hydratationsenergie" (die durch die Wechselwirkung mit den Wasserteilchen zugeführt wird) mindestens so groß ist wie die "GITTERenergie", die in den Ionenbindungen steckt. Das klappt nicht bei jedem Salz, aber "Kochsalz" ist wieder mal ein gutes Beispiel. Nun liegen die Ionen einzeln "in Lösung" vor und sind frei beweglich. Deshalb können sie sich auch zum Plus- beziehungsweise Minus-Pol bewegen, wenn eine "elektrische Spannung" angelegt wird. So fließt Strom! Eine Salzlösung ist also elektrisch "leitfähig". Aber wenn man Salze LÖSEN kann, dann geht das natürlich auch umgekehrt: Das nennt man "kristallisieren". Das passiert zum Beispiel, wenn das Lösungsmittel VERDUNSTET – wie am Strand des Toten Meeres. Aber man kann ein Salz auch direkt "aus der Lösung auskristallisieren". Das macht man beim "Kristallzüchten". So lassen sich große, einzelne Kristalle herstellen. Eine Anleitung, wie du das sogar zu Hause nachmachen kannst, findest du an anderer Stelle hier bei sofatutor oder im Internet. Du brauchst dazu nicht viel mehr als eine "übersättigte Salzlösung" und einen Faden. Und viel Zeit. Die haben wir hier nicht – deshalb ab zur Zusammenfassung. Salze sind Ionenverbindungen. Sie setzen sich aus "Kationen" und "Anionen" zusammen, die sich in einem "Ionengitter" anordnen und so eine "Kristallstruktur" bilden. Es gibt verschiedene Anordnungen, die je nach Größen- und Ladungsverhältnis der Ionen gebildet werden. Die drei wichtigsten Gittertypen sind die "Natriumchlorid-", die "Cäsiumchlorid-" und die "Zinkblende"-Struktur. Aus der Kristallstruktur folgen gemeinsame STOFF-Eigenschaften der Salze: Sie sind fest und hochschmelzend, hart, aber spröde, und elektrisch isolierend, während sie in Lösung elektrisch leitfähig sind. Bei Kochsalz ist es zwar gar nicht so leicht, einen richtig großen Kristall aus ein bisschen Salzwasser zu züchten, aber dafür schmeckt's immerhin!