Metallbindung und Metalle - Ionenbindung und Salze

Question 1

Physikalische Eigenschaften Metalle

Answer 1

Typische physikalische Eigenschaften der Metalle sind: gute Leitfähigkeit für Strom und Wärme, Verformbarkeit und Metallglanz. Viele Metalle haben hohe Schmelz-und Siedetemperatur, grosse Dichte und hohe Härte

Question 2

Atombau der Metalle

Answer 2

Metall-Atome haben i. A. Weniger als vier Valenzelektronen und entsprechend kleine Rumpfladungen. Die Ionisierungsenergie sind darum kleiner als bei den Nichtmetallen

Question 3

chemische Eigenschaften von Metallen

Answer 3

Metall-Atome geben bei der Reaktion mit Nichtmetallen ihre wenigen Valenzelektronen ab und werden so zu positiv geladenen Metall-Ionen

Question 4

Reaktionsfreudige von Metallen

Answer 4

Metalle reagieren umso besser, je leichter ihre Atome ihr(e) VE abgeben. Die dazu aufzuwendende Ionisierungsenergie ist umso geringer, je kleiner die Rumpfladung und je grösser die Schalenzahl (und damit der Atomradius) ist. Die Alkalimetalle sind die reaktivsten Metalle.

Question 5

Stellung im PSE des Metall

Answer 5

Metalle stehen im PSE links unter der Linie der Halbmetalle von Bor zu Astat.

Question 6

Vorkommen der Metalle

Answer 6

Mit Ausnahme von Edel- und Halbedelmetallen kommen die Metalle in der Natur nicht elementar (gediegen) vor.

Question 7

Einteilung der Medalle

• in Reaktivität:
• nach Dichte:
• nach Atombau:

Answer 7

NACH REAKTIVITÄT:
Edelmetalle, z. B. Au, Ag, Pt. unedle Metalle, z. B. Al, Fe, Zn

NACH DICHTE:
Leichtmetalle (p< 5g/cm(3), z. B. Al, Mg, Na. Schwermetalle (p>5g/cm(3), z. B. Fe, Pb, Mn, Ni

NACH ATOMBAU:
Hauptgruppenmetalle, z. B. Alkali-, Nebengruppenmetalle
Erdalkalimetalle Übergangsmetalle, z. B. Fe, Ni, Cu

Question 8

Metallgitter

Answer 8

Die Metalle bilden im festen Zustand ein Metallgitter, in dem die Atome sehr dicht gepackt sind (dichteste Kugelpackungen). Die Atomrümpfe werden zusammengehalten von Valenzelektronen, die sich frei zwischen ihnen bewegen.

Question 9

Metallische Bindung

Answer 9

Die metallische Bindung beruht auf der elektrostatischen Anziehung zwischen den positiven Atomrümpfen und den Elektronen zwischen ihnen. Sie ist umso stärker, je kleiner der Atomradius und je grösser die Zahl der Bindungselektronen (pro Atom) ist.

Question 10

Eigenschaften und Gitterbau der Metalle

Answer 10

Viele Eigenschaften der Metalle ergeben sich aus dem Bau des Metallgitters:

• die elektrische Leitfähigkeit ist eine Folge der verschiebbaren Elektronen
• die Verformbarkeit ist eine Folge der Verschiebbarkeit der Gitterebenen.
• Eine hohe Härte und hohe Schmelz- und Siedetemperaturen resultieren aus der starken Bindung der Metall-Atome im Metallgitter (starke Gitterkräfte)

Question 11

Legierungen

Answer 11

Mischt (legiert) man flüssige Metalle, können sie beim Abkühlen getrennt kristallisieren oder Mischkristalle aus mehreren Atomsorten bilden. Viele Metalle lassen sich in variablen Mengen legieren, ihre Legierungen sind Gemische. Einige bilden Verbindungen mit genau definierter Zusammensetzung und speziellen Eigenschaften.

Question 12

Spaltung der Atomverbände (Reaktionen zwischen Metallen und Nichtmetallen)

Answer 12

Bei der Reaktion eines Metalls mit einem Nichtmetall müssen die Metall-Atome aus dem Metallgitter gelöst und die Nichtmetall-Moleküle in Atome gespalten werden.

Question 13

Ionenbildung (Nichtmetalle und Metalle)

Answer 13

Die Metall-Atome geben ihre wenigen Valenzelektronen an die Nichtmetall-Atome ab und werden dabei zu positiven Ionen (Kationen). Aus den Nichtmetall-Atomen entstehen durch die Elektronenaufnahme Ionen mit negativer Ladung (Anionen).

Question 14

Gitterbildung (Metalle und Nichtmetalle)

Answer 14

Die positiven Metall-Kationen und die negativen Nichtmetall-Anionen ziehen sich gegenseitig an und bilden ein Ionengitter, in dem sich jedes Ion mit einer bestimmten Anzahl (Koordinationszahl) entgegengesetzt geladener Ionen umgibt. Durch die Bildung des Ionengitters entstehen Salzkristalle.

Question 15

Energiebilanz (Metalle und Nichtmetalle)

Answer 15

Die Salzbildung verläuft exotherm, weil die Gitterenergie, die bei der Bildung des Ionengitters frei wird, grösser ist als die Summe aller vorher aufgewendeten Energien. Zu diesen gehören:

• die Sublimationsenergie, um die Metall-Atome aus dem Gitter zu lösen.
• Die Bindungsenergie, um die Moleküle des Nichtmetalls zu spalten, und
• die Ionisierungsenergie, um die Metall-Atome durch Abspaltung der VE zu ionisieren.

Question 16

Symbol des Ions

Answer 16

In der Formel eines Ions wird das Ladungszeichen rechts oben neben das Symbol des Elements gesetzt. Weicht die Zahl der Ladungen von eins ab, wird sie als arabische Ziffer vor das Ladungszeichen geschrieben, z.B. Na(+), Al(3+), O(2-)

Question 17

Metall-Ionen

Answer 17

Bei der Reaktion mit einem Nichtmetall geben die Atome der Hauptgruppenmetalle in der Regel alle VE ab. Ihre Ionen besitzen eine Schale weniger als die Atome und die Ladungszahl entspricht der Valenzelektronenzahl und damit damit der Gruppennummer, z. B. Na(+), Ca(2+), Al(3+)

Question 18

Übergangsmetall-Ionen

Answer 18

Die Atome der meisten Übergangsmetalle können auch Elektronen von der zweitäussersten Schale abgeben und so, je nach Bedingungen und Reaktionspartner, Ionen mit unterschiedlichen Ladungen bilden, z. B. Fe(2+), Fe(3+)

Question 19

Nichtmetall-Ionen

Answer 19

Die Nichtmetall-Atome ergänzen ihre Valenzschale auf acht, ihre Ionen besitzen Edelgaskonfiguration. Für Nichtmetall-Ionen (ausser H(-) gilt:
Ionenladung = Gruppennummer minus acht, z.B. Cl(-), O(2-), P(3-)

Question 20

Molekül-Ionen

Answer 20

Ionen können aus mehreren, kovalent gebundenen Atomen bestehen z.B. SO4(2-), NO3(-). Für die Ladung solcher Molekül-Konen gilt:
Ionenladung = Zahl der VE aller Atome -2 x (Zahl der EP des Molekül-Ions)

Question 21

Ionenradien

Answer 21

Weil die Kationen eine Schale weniger besitzen als die Metall-Atome, sind ihre Radien kleiner als die Atomradien. Bei den Nichtmetallen sind die Ionenradien etwa gleich gross wie die Radien der ungebundenen Atome.

Question 22

Ionengitter

Answer 22

Weil ihre Ladungen nach allen Seiten wirken, bilden die Ionen dreidimensionale Verbände, die als Ionengitter bezeichnet werden. Die Zahl der Ionen, die sich zu einem Kristall zusammenfinden, ist nicht festgelegt, von den Bedingungen abhängig und immer sehr hoch. Kristalle, die mit blossem Auge erkennbar sind, bestehen aus mindestens 10(18) Ionen.

Question 23

Gitterkräfte

Answer 23

Die Gitterkräfte im Ionengitter sind umso grösser, je höher die Ladungen der Ionen und je kleiner die Abstände ihrer Zentren sind. Die Abstände sind von den Ionenradien abhängig.

Question 24

Verhältnisformel (Salzformel)

Answer 24

Salzformeln sind Verhältnisformeln. Die Indices nennen das Zahlenverhältnis der Ionen im Ionengitter. So ist AlCl(3) die Zahl der Chlorid-Ionen dreimal so gross wie die Zahl der Aluminium-Ionen.
In der Formel eines Salzes steht das Symbol des Kations vor dem des Anions, z. B. NaCl. Die Summe der positiven und der negativen Ladungen (Index x Ladung des Kations + Index x Ladung des Anions) ist null, z. B. Al(2)O(3) : 2 x (3+) + 3 x (2-) = 0

Question 25

Salze mit Molekül-Ionen

Answer 25

Neben Atom-Ionen können im Ionengitter auch Molekül-Ionen gebunden sein. Mit Ausnahme des Ammonium-Ions (NH4(+)) handelt es sich dabei um Anionen. In der Salzformel wird die Formel des Molekül-Ions in Klammern gesetzt, wenn sein Index von eins abweicht: Ca(NO3)(2)

Question 26

Salznamen

Answer 26

Der Name eines Salzes besteht aus dem Namen des Metalls, gefolgt von der Bezeichnung für das Anion. Diese hat bei einfach Nichtmetall-Ionen (Atom-Ionen) die Endung -id und wird oft aus der lateinischen Bezeichnung abgeleitet, z. B. Sulfid, Oxid. Molekül-Ionen haben Trivialnamen mit den Endungen -it, -at, selten -id, z. B. Sulfid, Nitrat, Hydroxid. Bei Salzen von Metallen, die unterschiedliche Ionen bilden können, wird die Ladungszahl des Metall-Ions als römische Ziffer in Klammern, gefolgt von einem Bindestrich, in den Namen eingeschoben, z. B. Cu(2)O, Kupfer(I)-oxid (gesprochen: Kupfer-eins-oxidI)

Question 27

Vorkommen der Salze

Answer 27

Salze werden vom Wasser aus den Gesteinen gelöst und in die Meere getragen, wo sie sich im Verlaufe von Jahrmillionen gesammelt haben. Beim Austrocknen flacher Meeresteile entstanden die Salzlager, indem die Salze schichtweise in der Reihenfolge zunehmender Löslichkeit abgelagert wurden.

Question 28

Eigenschaft und Gitterbau der Salze

Answer 28

Im Ionengitter wirken ähnlich starke Gitterkräfte wie im Metallgitter. Salze haben darum ähnliche Härten und Schmelztemperaturen wie Metalle. Sie sind aber im Gegensatz zu diesen spröde. Weil die Verschiebung von Gitterebenen durch hohen Druck Ionen gleicher Ladung nebeneinander bringt, fällt das Gitter auseinander, der Kristall zerspringt. Schmelztemperatur und Härte nehmen mit den Gitterkräften zu, sind also umso höher, je grösser die Ionenladungen und je kleiner die Ionenradien sind. Salze mit sehr hohen Gitterkräften haben diamantartige Eigenschaften (wasserunlöslich, sehr hart, hohe Schmelztemperatur), z. B. Al(2)O(3).

Question 29

Leitfähigkeit der Salze

Answer 29

Den elektrischen Strom leiten Salze nur im flüssigen und im gelösten Zustand. Salzlösungen und Salzschmelzen enthalten frei bewegliche Ionen. Die positiven Kationen wandern zur negativen Kathode, die negativen Anionen zur positiven Anode.

Question 30

Lösungsvorgang Salz

Answer 30

Beim Lösen eines Salzes werden die Ionen von Wasser-Dipolen umhüllt (hydratisiert) und dadurch aus dem Gitter gelöst. Das Ionengitter zerfällt, die hydratisierten Ionen verteilen sich durch Diffusion gleichmässig im Lösungsmittel. Der Lösungsvorgang ist exotherm, wenn die frei werdende Hydrationsenergie die aufzuwendende Gitterenergie übertrifft. Wird bei der Hydration weniger Energie frei, als zur Trennung der Ionen aufgewendet werden muss, verläuft der Lösungsvorgang endotherm.

Question 31

Kristallisation Salzlösungen

Answer 31

Verdampft das Wasser einer Salzlösung, nimmt die Konzentration zu, bis die Lösung gesättigt ist. Beim weiteren Eindampfen oder beim Abkühlen kristallisiert ein Teil des Salzes aus. Die Ionen bilden ein Ionengitter.

Question 32

Salzhydrate

Answer 32

Bei Salzhydrate ist im Kristallgitter Wasser (Hydratwasser) enthalten. Es ist oft an die Kationen gebunden, z. B. CaCl(2) x 6 H(2)O (CaCl(2) mit 6 H(2)O), Calciumchlorid-Hexahydrat.

Question 33

Löslichkeit Salze

Answer 33

Unter der Löslichkeit eines Salzes verstehen wir die Masse,diebisch bei einer bestimmten Temperatur in einer festgelegten Masse (meist 100g) Wasser löst. Sie nimmt mit steigender Temperatur i. A. zu.
Die Löslichkeit eines Salzes ist umso höher, je kleiner seine Gitterkräfte sind, d.h., je kleiner die Ionenladungen und je grösser die Ionenradien sind.

Question 34

Eigenschaften von Salzlösungen

Answer 34

Wässrige Salzlösungen haben eine höhere Dichte, eine höhere Siede- und eine tiefere Schmelztemperatur als Wasser. Sie leiten den elektrischen Strom. Die Unterschiede zum Wasser nehmen mit der Konzentration der Ionen zu.

Question 35

Fällungsreaktion

Answer 35

Beim Mischen von Salzlösungen kann ein schwerlösliches Salz entstehen und ausfallen.