Wechselwirkung zwischen den lonen – Gitterenergie

Zwischen den positiv und negativ geladenen Teilchen kommt es zu einer elektrostatischen Anziehung, die durch das Coulombsche Gesetz (3-1) beschrieben wird. Fur die Anzie – hungskraft F in einem Ionenpaar ergibt sich:

zK) zA Ladungszahl des Rations bzw. Anions (3-1)

Подпись:e Elementarladung

Подпись:erei relative Dielektrizitatskonstante

F Anziehungskraft zwischen den lonen

r Abstand zwischen Ration und Anion.

Elektrostatische Wechselwirkungskrafte sind ungerichtete Krafte. Sie wirken nicht in einer bestimmten Vorzugsrichtung, sondem allseitig in den Raum. Damit kann ein Ration meh – rere benachbarte Anionen und ein Anion mehrere benachbarte Rationen anziehen. Die dabei auftretenden Anziehungs – und AbstoBungskrafte fuhren zu einer regelmaBigen An – ordnung der Rationen und Anionen unter Ausbildung eines Ionengitters (Rap. 3.5.3).

Wie bereits festgestellt, entstehen Ionenverbindungen uberwiegend durch Vereinigung metallischer mit nichtmetallischen Elementen. Reaktionen von Metallen mit Nichtmetallen erfordem mitunter eine starke Aktivierung (Erhitzen, Ziinden), verlaufen dann aber meist recht heftig unter Warme – oder Lichtentwicklung. Es sind exotherme Reaktionen – und es stellt sich die Frage, woher die frei werdende Energie stammt. Um diese Frage zu beant – worten, soli am Beispiel der Umsetzung von Natrium mit Chlor die Bruttoreaktion ge – danklich in Teilschritte zerlegt werden:

Zunachst miissen aus dem als festes Metall vorliegenden Natrium (Metallgitter, Rap. 3.5.2) und dem molekular vorkommenden Chlor freie Atome erzeugt werden. Das erreicht man durch Sublimation des Metalls und Spalten der Cl2-Molekule. In beiden Fallen wird Ener­gie verbraucht. Auch fur die Uberfuhrung des Natriumatoms in ein Na+-Ion wird Energie benotigt (lonisierungsenergie). Bei der Bildung des negativ geladenen Chloridions wird ein relativ kleiner Energiebetrag frei (Elektronenaffinitat). Mehrfach negativ geladene Teilchen, wie z. B. das 02”-Ion als wichtiger Baustein der Oxidgitter, benotigen zu ihrer Entstehung wiederum Energie. Insgesamt muss fur den Prozess der Bildung der gasformi – gen lonen Na+ und СГ Energie aufgewendet werden.

Aufgrund der Coulombschen Anziehung bilden sich im ersten Schritt Ionenpaare Na7Cl“, die sich dann zum Ionengitter des festen Salzes zusammenlagem. Dabei wird ein groBer Energiebetrag frei, der umgekehrt beim Verdampfen aber auch beim Auflosen und Schmelzen des festen Salzes wieder aufgewendet werden muss.

Die frei werdende Energie wird als Gitterenergie UG bezeichnet. Sie ubertrifft die bei der Bildung der gasfbrmigen lonen aufgebrachten Energiebeitrage in der Regel deutlich und ist somit als Ursache fur den exothermen Verlauf der Umsetzung von Metallen mit Nichtme­tallen anzusehen.

Die Gitterenergie ist die bei der Bildung eines Ionengitters aus den gasformigen lonen frei werdende Energie. Sie ist ein Мав fur die Starke der Bindung zwischen den lonen eines Kristalls.

Die Gitterenergie ist umso groBer, je kleiner die Ionen und je hoher geladen sie sind. Die Anordnung von Kationen und Anionen im Gitter hangt von der stochiometrischen Zusam – mensetzung der Ionensubstanz und vom Verhaltnis der Ionenradien ab.