Salze und Ionen leicht erklärt
Wenn im Chemieunterricht von Salz die Rede ist, ist fast nie das Speisesalz gemeint. Kochsalz ist nur eines von vielen tausend Salzen. Kalk, Gips, Dünger, Backpulver, Streusalz, die Mineralien in deinem Trinkwasser - all das sind Salze. Was sie verbindet, ist nicht der Geschmack, sondern der Aufbau: Ein Salz besteht aus Ionen, also aus elektrisch geladenen Teilchen, die sich zu einem regelmäßigen Gitter zusammenlagern.
Jedes Natrium-Ion hat sechs Chlorid-Ionen als Nachbarn und umgekehrt - hier flach gezeichnet, in Wirklichkeit läuft das Muster in alle drei Raumrichtungen weiter. Die Chlorid-Ionen sind größer, weil sie ein Elektron aufgenommen haben.
Ein Ion entsteht, wenn ein Atom Elektronen abgibt oder aufnimmt. Gibt es welche ab, hat es danach mehr Protonen als Elektronen und ist positiv geladen - so ein Teilchen heißt Kation. Nimmt es welche auf, ist es negativ geladen und heißt Anion. Wie viele Elektronen dabei wandern, steht im Periodensystem: Elemente der ersten Hauptgruppe geben eines ab und werden einfach positiv, die der zweiten geben zwei ab, die der dritten drei. Von der anderen Seite gelesen nehmen Elemente der siebten Hauptgruppe eines auf und werden einfach negativ, die der sechsten nehmen zwei auf, die der fünften drei. Die Zahl der Außenelektronen entscheidet also direkt über die Ladung, und beide Seiten steuern auf dieselbe volle Außenschale zu.
Damit lässt sich die Verhältnisformel jedes Salzes bestimmen, und zwar nach einer einzigen Regel: Nach außen muss das Ganze neutral sein, positive und negative Ladungen müssen sich also genau aufheben. Bei Natrium und Chlor trifft eine positive auf eine negative Ladung, das passt eins zu eins - NaCl. Bei Calcium und Chlor bringt das Calcium-Ion zwei positive Ladungen mit, jedes Chlorid-Ion aber nur eine negative. Also braucht es zwei davon: CaCl2. Bei Aluminium und Sauerstoff stehen drei positive gegen zwei negative Ladungen; das kleinste gemeinsame Vielfache ist sechs, und man landet bei zwei Aluminium- und drei Oxid-Ionen: Al2O3. Umgekehrt braucht Natriumoxid zwei Natrium-Ionen für ein Oxid-Ion, also Na2O.
Die Namen folgen einem festen Muster. Vorne steht das Metall, hinten das Nichtmetall mit der Endung -id: Natriumchlorid, Calciumoxid, Eisensulfid. Daneben gibt es Ionen, die aus mehreren Atomen bestehen und trotzdem als Einheit wandern. Die wichtigsten sind Sulfat (SO42−), Nitrat (NO3−), Carbonat (CO32−), Hydroxid (OH−) und als einziges positives das Ammonium-Ion (NH4+). Sie enden auf -at oder -id statt auf den Elementnamen, und man behandelt sie beim Ladungsausgleich wie ein einzelnes Teilchen - deshalb steht bei Calciumnitrat die Klammer: Ca(NO3)2.
Die Wassermoleküle drehen sich so, dass ihre negative Seite zum positiven Ion zeigt. Diese Umhüllung heißt Hydrathülle und ist der Grund, warum sich Salze überhaupt in Wasser lösen.
Beim Lösen passiert genau das: Wasser ist ein Dipol, hat also eine leicht negative und eine leicht positive Seite. Die negative Seite zieht an den Kationen, die positive an den Anionen. Zusammen sind diese Kräfte stark genug, einzelne Ionen aus dem Gitter herauszulösen. Jedes freigesetzte Ion wird sofort von Wassermolekülen umringt - der Hydrathülle - und schwimmt danach einzeln in der Lösung herum. Genau deshalb schmeckt Salzwasser überall gleich salzig: Die Ionen verteilen sich gleichmäßig, es gibt keine Salzkörnchen mehr.
Aus dieser Beweglichkeit folgt eine Eigenschaft, die man gut messen kann. Ein trockener Salzkristall leitet keinen Strom, obwohl er voller geladener Teilchen steckt - sie sitzen einfach fest. Löst man ihn in Wasser oder schmilzt ihn bei hoher Temperatur, werden die Ionen frei beweglich, und dann leitet die Flüssigkeit sehr gut. Salzlösungen und Salzschmelzen sind deshalb Elektrolyte. Dass Salze überhaupt so hohe Schmelzpunkte haben - Kochsalz schmilzt erst bei 801°C -, liegt daran, wie stark sich die Ladungen im Gitter gegenseitig anziehen. Warum ein Kristall trotz dieser Härte zerspringt, steht bei der chemischen Bindung.
💬 Mia fragt Opa Theo
Warum schreibt man bei Calciumnitrat eine Klammer, bei Calciumchlorid aber nicht?
Weil Nitrat aus vier Atomen besteht und trotzdem ein einziges Ion ist. Du brauchst zwei davon, und die Klammer sagt: Die Zwei gilt für die ganze Gruppe, also zweimal NO3. Ohne Klammer stünde da CaNO32, und das wären zweiunddreißig Sauerstoffatome. Beim Chlorid ist das Ion ein einzelnes Atom, da reicht die kleine Zwei direkt dahinter.
Wenn Salzwasser aus Ionen besteht - warum bekommt man dann keinen Schlag beim Baden?
Doch, im Prinzip leitet Meerwasser sogar ziemlich gut. Es fehlt nur die Spannung. Strom fließt erst, wenn es ein Gefälle gibt, und im Meer gibt es keins. Kommt eine Stromquelle dazu, etwa ein defektes Gerät am Steg, wird genau das gefährlich - und zwar in Salzwasser deutlich mehr als in Süßwasser.
Ist Zucker dann auch ein Salz? Der löst sich doch genauso.
Gute Beobachtung, aber nein. Zucker besteht aus Molekülen, nicht aus Ionen. Beim Lösen werden ganze Zuckermoleküle von Wasser umhüllt, sie zerfallen nicht in geladene Teile. Deshalb leitet Zuckerwasser auch keinen Strom, Salzwasser dagegen schon. Das ist der einfachste Test, um beides zu unterscheiden.
Streusalz macht die Straße nicht warm - es senkt den Gefrierpunkt. Reines Wasser gefriert bei 0°C, weil sich die Moleküle bei dieser Temperatur zu einem festen Gitter ordnen können. Sind Ionen im Wasser gelöst, stehen sie diesem Ordnen im Weg: Die Wassermoleküle sind mit ihren Hydrathüllen beschäftigt und finden schwerer zusammen. Also muss es kälter werden, bis das Gitter trotzdem entsteht. Bei Kochsalz funktioniert das bis etwa −21°C; darunter hilft auch mehr Salz nicht mehr, weil dann das Salz selbst mit auskristallisiert. Genau deshalb streuen Straßenmeistereien bei strengem Frost stattdessen Calciumchlorid, das bis rund −50°C wirkt - es liefert pro Formeleinheit drei Ionen statt zwei und stört das Gefrieren entsprechend stärker. Und derselbe Effekt erklärt, warum das Meer erst bei etwa −1,9°C zufriert und warum man in der Eisdiele Salz ins Eiswasser gibt, wenn Eis am Stiel schneller fest werden soll.
Woher die Ladungen kommen und warum die Hauptgruppe sie verrät, steht in Atombau und Periodensystem. Wie die Ionen im Gitter zusammengehalten werden, erklärt Die chemische Bindung. Und wie Ionen entstehen, wenn Elektronen von einem Stoff zum anderen wandern, zeigt Redoxreaktionen.
Merksatz: Ein Salz ist kein Molekül, sondern ein Gitter. Die Formel nennt deshalb nur das Verhältnis - und dieses Verhältnis ergibt sich immer daraus, dass sich die Ladungen genau ausgleichen müssen.
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