Die Gitterenergie bei Ionenverbindungen (Salzen)

Beim Übergang von der Atombindung zu Ionenbindung geht mindestens ein Elektron von einem Atom mehr oder weniger vollständig auf das andere Atom in der Verbindung (wobei sich ein Anion und ein Kation bildet). Ein Ionengitter wird aus Kationen und Anionen aufgebaut, dabei stehen die Anionen und Kationen so im Verhältnis zueinander, dass das Prinzip der elektrischen Neutralität (Salze sind i.d.R ungeladen) erfüllt wird. Dabei spielt das Verhältnis der Radien von Kationen und Anionen eine entscheidende Rolle.  I.d.R ist das Anion größer als das Kation, daher wird das Ionengitter meist als Anionengitter (Anionen bilden eine dichteste Packung) betrachtet. Die Kationen befinden sich dabei in den Gitterzwischenräumen und sorgen für den Ladungsausgleich bzw. den Zusammenhalt. Durch die Coulomb-Wechselwirkung zwischen den Anionen und den Kationen (die sich in einer Gitterstruktur anordnen) wird Energie frei, die sogenannte Gitterenergie.

Gitterenergie bei Ionenverbindungen

Die Gitterenergie bei Ionenverbindungen ist definitionsgemäß die Energie, die beim Aufbau eines Kristallgitter aus “isolierten” Anionen und Kationen frei wird. Man kann sich die Gitterenergie auch als Energie vorstellen, die notwendig ist, um ein Ionengitter aufbrechen, d. h. aus dem festen Ionengitter sollen die Ionen so weit voneinander entfernt werden, dass sie keine Wechselwirkung miteinander haben.

Der Betrag der Gitterenergie gibt uns einen Hinweis die Stabilität einer Kristallstruktur und damit auch auf “Bindungseigenschaften” wie. Schmelztemperatur, thermische Ausdehnung oder Härte. Diese mechanischen Eigenschaften werden im Wesentlichen nur durch den Zusammenhalt von “Bindungspartnern” beeinflusst.

Es gibt bisher noch keine Messmethode, um die Gitterenergie einer Ionenverbindung zu messen, sie lässt sich aber in der Regel mit Hilfe des Born-Haber-Kreisprozesses indirekt ermitteln. Die Ionengitter von unterschiedlichen Salzen haben Gitterenergien. Die Gitterenergie hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem auch von der Größe und der Ladung von Anion und Kation. Diese Einflussgröße lernt man auch im Rahmen der Schulchemie kennen (um daraus auch Hinweise für die Gitterenergie abzuleiten). So ist in der Regel der Betrag der Gitterenergie umso größer, je größer die Ladung und je kleiner der Radius der Ionen ist.

Löslichkeit und Gitterenergie

Will man nun eine Aussage über die Löslichkeit eines Salzes anhand der Gitterenergie einschätzen, ist dies nicht immer einfach. Denn die Löslichkeit eines Salzes hängt im Wesentlichen von zwei Eigenschaften ab, der Gitterenergie und der sogenannten Hydratationsenthalpie. Je größer der Betrag der Gitterenergie ist (umso stärker werden die Ionen im Ionengitter gebunden) umso schlechter löst sich das Salz. Je größer die Hydratationsenthalpie ist, desto besser löst sich das Salz in Wasser. Hieraus leitet sich ab, ob ein Salz in der Regel leicht- oder schwerlöslich ist.

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Anorganische Chemie