Simulation: Ionenbildung und Ionengitter

Eine Ionenbindung entsteht zwischen einem Metall und einem Nichtmetall. Sie lässt sich in vier Gedankenschritten verstehen:

1. Elektronenübergang. Das Metallatom gibt seine Valenzelektronen vollständig ab und wird zum positiv geladenen Kation; das Nichtmetallatom nimmt sie auf und wird zum negativ geladenen Anion. Beide erreichen so die stabile Edelgaskonfiguration. Das Kation wird dabei deutlich kleiner als das Atom, das Anion größer.

2. Ionenpaar und Coulomb-Kraft. Entgegengesetzt geladene Ionen ziehen sich elektrostatisch an. Die Anziehung wächst mit dem Produkt der Ladungen und nimmt mit dem Quadrat des Abstands ab (Coulomb-Gesetz). Kommen sich die Ionen zu nahe, stoßen sich ihre Elektronenhüllen ab – es stellt sich ein fester Gleichgewichtsabstand ein.

3. Ionengitter. Die Anziehung wirkt ungerichtet in alle Raumrichtungen. Jedes Ion umgibt sich deshalb mit möglichst vielen entgegengesetzt geladenen Nachbarn – es entsteht ein ausgedehntes, schachbrettartiges Kristallgitter, kein einzelnes Molekül. Die Verhältnisformel (z. B. NaCl 1:1, CaF₂ 1:2) gibt nur das kleinste ganzzahlige Ionenverhältnis an. Je größer das Gitter, desto mehr Gitterenergie wird frei.

4. Eigenschaften der Salze. Weil die Coulomb-Kräfte im Gitter sehr stark sind, haben Salze hohe Schmelztemperaturen. Sie sind spröde: Verschiebt man eine Gitterschicht, treffen gleich geladene Ionen aufeinander, stoßen sich ab und der Kristall bricht entlang ebener Flächen.