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Ionische Bindung

Die ionische Bindung (auch Ionenbindung, heteropolare Bindung oder elektrovalente Bindung) ist eine chemische Bindung, die aus der elektrostatischen Anziehung positiv und negativ geladener Ionen resultiert. Die Ionenbindung wurde um 1916 von Walter Kossel formuliert. Eine Ionenbindung liegt ab einer Elektronegativitäts-Differenz von ΔEN > 1,5 vor. Bei einer Differenz < 1,5 liegen polare, eher kovalente Bindungen vor. Dies sind jedoch relativ willkürlich gesetzte Grenzen, da der Fall der reinen ionischen Bindung eine Idealisierung darstellt. Es kommt - auch als grober Anhaltspunkt zu verstehen - eine Ionenbindung zwischen Elementen, die links im Periodensystem (PSE) stehen, also Metallen, und Elementen, die rechts im PSE stehen, Nichtmetallen, zustande. Schaut man sich den Ionenbindungsanteil z. B. von Natriumchlorid an, welches oft als klassischer Fall der Ionenbindung angesehen wird, so errechnet sich ein Wert von ca. 73 Prozent fest. Ein anderes Beispiel wäre Cäsiumfluorid mit ca. 92 Prozent. Ionenbindungen haben also in allen Fällen auch einen Anteil an kovalenter Bindung. Umgekehrt gilt dies nicht, denn innerhalb sogenannter Elementmoleküle existiert die 100-prozentige kovalente Bindung.

Elektronenkonfiguration

Beispiel: Bildung von Kochsalz aus den Elementen

Die Atome streben durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen danach, für ihre äußerste besetzte Schale die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Dies wird entweder durch Elektronenabgabe seitens der Elemente mit geringerer Elektronegativität erreicht (links im PSE), dabei entstehen einfach oder auch mehrfach positiv geladene Kationen, oder im anderen Fall durch Elektronenaufnahme seitens der Elemente mit höherer Elektronegativität und dadurch hoher Elektronenaffinität (im PSE rechts stehende Elemente), dabei entstehen einfach oder mehrfach negativ geladene Anionen.

Bildung des Ionengitters

Die Kationen und Anionen ziehen sich elektrostatisch an; die bei der Vereinigung der beiden Ionenarten freiwerdende Energie wird als Gitterenergie bezeichnet und ist die eigentliche Triebkraft der Salzbildung. Die Gitterenergie setzt sich dabei aus insgesamt 4 Komponenten zusammen:

• der Nullpunktsenergie der Ionen,
• den Abstoßungsenergien zwischen den Kernen einerseits und zwischen den Elektronenhüllen andererseits und
• der Bindungsenergie, die aus London-Kräften zwischen mehr oder wenig gut polarisierbaren Elektronenhüllen oder aus Multipol-Wechselwirkungen (bei Ionen mit unsymmetrischer Ladungsverteilung wie NO₂) resultiert und
• schließlich der coulombschen Kraft zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen.

Die Gitterenergie lässt sich empirisch mit dem Born-Haber-Kreisprozess bestimmen.

Gittereigenschaften

Da sich das elektrostatische Feld gleichmäßig in alle Raumrichtungen erstreckt, entstehen sehr regelmäßige Ionengitter. Aufgrund der unterschiedlichen Ionenradien ergeben sich allerdings verschiedene ionische Gittertypen: Kochsalz-Gitter (NaCl), Cäsiumchlorid-Gitter (CsCl), Zinkblende-Gitter (ZnS), Fluorid-Gitter (CaF₂) und andere, die nach den charakteristischen Vertretern benannt sind. Die relativen Stabilitäten der verschiedenen Gittertypen infolge verschiedener Koordinationsgeometrien und Koordinationszahlen der Ionen werden durch die Madelung-Konstanten widergespiegelt; diese sind charakteristisch für den jeweiligen Gittertyp.

Charakteristische Eigenschaften von Verbindungen mit Ionenbindung

• Hoher Schmelz- und Siedepunkt, da in Kristallen durch die ungerichteten Bindungskräfte ein relativ stabiler Verbund über den gesamten Kristall entsteht.
• Stromleitend in der Schmelze oder in Lösung. Den Ladungstransport besorgen die Ionen. Sie werden an den Elektroden entladen, wodurch die Salze zersetzt werden (häufig in Ihre Elemente). Daher nennt man Ionenleiter Leiter 2. Ordnung.
• hart und spröde: Bei dem Versuch, einen Kristall plastisch zu verformen, zerspringt dieser meist, da im Kristall die gleich geladenen Ionen zueinander geschoben werden und die Bindung dadurch aufgelöst wird.
• Kristallbildung als Feststoff
• Ionenkristalle sind oft farblos, da die Valenzelektronen meist stark gebunden sind und nur durch Photonen höherer Energie als die des sichtbaren Lichtes angeregt werden können.
• Ionenverbindungen (Salze) sind gut in Wasser löslich. Sie dissoziieren in wässriger Lösung in entsprechende Ionen.

Siehe auch

• Chemische Bindung, Ion, Salz
• Ionenpolarisation