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Grundwissen

Kochsalzsynthese

Das Wichtigste auf einen Blick:

  • Bei der Reaktion eines Metalls (z. B. Natrium) und eines Nichtmetalls (z. B. Chlor) entstehen Salze.  
  • Bei der Reaktion geben die Metall-Atome ihre Außenelektronen ab. Es entstehen positiv geladene Metall-Ionen.
  • Elektronen werden von den Nichtmetall-Atomen aufgenommen. Es entstehen negativ geladene Nichtmetall-Ionen.
  • Positive und negative Ionen ziehen sich an. Die Anziehungskräfte nennen wir Ionenbindung.
  • Durch die Anziehungskräfte zwischen den positiven und negativen Ionen entsteht ein dreidimensionales Gitter. Dieses Gitter nennen wir Ionengitter. 
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Du kennst Kochsalz, den bekanntesten Vertreter der Salze, sicher aus der Küche. Kochsalz wird zum Würzen fast aller Speisen benutzt. Das Kochsalz, das wir zum Würzen nutzen, wird entweder aus dem Meerwasser gewonnen oder in Bergwerken abgebaut. Im Labor können wir es aber auch aus den Elementen Natrium und Chlor herstellen. In diesem Artikel erfährst du, wie wir Kochsalz künstlich aus den Elementen herstellen können und was bei dieser Reaktion auf Teilchenebene passiert.

Die Herstellung von Kochsalz im Labor 

Bei der Herstellung von Kochsalz wird festes Natrium in einem Reagenzglas erhitzt. Durch die zugeführte Energie wird Natrium gasförmig. In das Reagenzglas mit dem Natriumdampf wird Chlorgas eingeleitet. Chlor und Natrium reagieren miteinander. Bei dieser Reaktion wird sehr viel Energie in Form von Licht und Wärme frei. Die Reaktion ist exotherm. Sobald das Reagenzglas abgekühlt ist, erkennst du einen weißen, kristallinen Feststoff. Bei dem Feststoff handelt es sich um Kochsalz, in der Fachsprache Natriumchlorid genannt.  

Die Reaktion von Natrium und Chlor auf Teilchenebene 

Warum reagiert Natrium mit Chlor? Dazu müssen wir einen Blick auf die Teilchenebene werfen. Durch die zugeführte Wärme verdampft Natrium. Das bedeutet, dass einzelne Natrium-Atome den Atomverband verlassen und sich mit großem Abstand schnell durch den Raum bewegen. Wenn wir uns Natrium-Atome mit dem Schalenmodell vorstellen, haben die Natrium-Atome in diesem Modell jeweils ein Elektron auf ihrer äußersten Schale und sind deshalb nicht stabil.  

In einem endothermen Vorgang werden die Chlor-Moleküle in Chlor-Atome gespalten. Die Chlor-Atome haben 7 Elektronen auf ihrer äußersten Schale. Die Chlor-Atome erfüllen nicht mehr die Edelgasregel und sind deshalb ebenfalls nicht stabil.  

Trifft ein Natrium-Atom auf ein Chlor-Atom, so gibt das Natrium-Atom sein Außenelektron ab. Das Natrium-Teilchen hat dadurch die gleiche Elektronenkonfiguration wie das Neon-Atom und erfüllt somit die Edelgasregel. Da das Natrium-Teilchen nun ein Elektron weniger besitzt als Protonen im Kern, ist es positiv geladen. Das positiv geladene Natrium-Teilchen nennen wir Natrium-Ion (\( \ce{Na+}\)).  

Das Chlor-Atom nimmt das abgegebene Elektron auf. Das Chlor-Teilchen hat dadurch 8 Elektronen auf seiner äußersten Schale und somit die gleiche Elektronenkonfiguration wie das Argon-Atom. Auch das Chlor-Teilchen erfüllt so die Edelgasregel. Da das Chlor-Teilchen jetzt ein Elektron mehr besitzt als Protonen im Kern, ist es negativ geladen. Das negative Chlor-Teilchen nennen wir Chlorid-Ion (\( \ce{Cl-}\)).  

 

Die Ionen bilden ein Ionengitter

CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Nina Ulrich
Abb. 1 Ionengitter eines Kochsalzkristalls  

Bei der Reaktion von Chlor mit Natrium entstehen sehr viele Chlorid-Ionen und Natrium-Ionen. Die positiv geladenen Natrium-Ionen und die negativ geladenen Chlorid-Ionen ziehen sich gegenseitig stark an. Diese Anziehungskräfte nennen wir Ionenbindung. Durch die Anziehungskräfte bildet sich ein regelmäßiges dreidimensionales Gitter. Dieses Gitter nennen wir Ionengitter (Abb. 1).

Salze sind Ionenverbindungen

Neben Kochsalz gibt es noch viele weitere Salze. Alle Stoffe, die aus Ionen aufgebaut sind und ein Ionengitter bilden können, bezeichnen wir als Salze oder salzartige Verbindungen. Das Ionengitter entsteht durch die Anziehungskräfte zwischen den positiv geladenen und den negativ geladenen Ionen. Die positiv geladenen Ionen nennen wir auch Kationen, die negativ geladenen Ionen nennen wir Anionen. Bei den positiv geladenen Ionen handelt es sich bis auf wenige Ausnahmen um Metall-Kationen. Die Anionen werden häufig von Nichtmetall-Atomen gebildet. Besonders die Elemente der 7. Hauptgruppe (auch Halogene genannt) reagieren leicht mit unedlen Metallen zu Salzen. Die Salze benennen wir nach dem Metall und dem Halogen, mit dem das Metall reagiert hat und hängen an den Namen die Endung „id“ an. So heißt z. B. das Salz, das bei der Reaktion von Kalium mit Fluor entsteht, Kaliumfluorid.  

Die Ionengitter der verschiedenen Salze sind sehr unterschiedlich aufgebaut. Das liegt zum einen an den unterschiedlichen Größen der Kationen und Anionen. Zum anderen spielt die Anzahl der Ionen und ihre Ladungen eine wichtige Rolle. Denn nicht immer ist das Verhältnis von Anionen zu Kationen wie beim Natriumchlorid 1:1. Reagiert z. B. Magnesium mit Chlor, so geben die Magnesium-Atome jeweils 2 Elektronen ab, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Die Magnesium-Ionen sind deshalb 2-fach positiv geladen (\( \ce{Mg^{2+}}\)). Jedes der abgegebenen Elektronen wird von einem Chlor-Atom aufgenommen. Pro Magnesium-Ion entstehen so 2 Chlorid-Ionen. Das Ionengitter des Salzes Magnesiumchlorid enthält deshalb doppelt so viele Chlorid-Ionen wie Magnesium-Ionen.

 

 

Abb. 2 Magnesiumchloridsynthese

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