(von W. Himmelheber).
|
|
|
Chlor kommt aber nicht in einzelnen Atomen vor, sondern als 2atomiges Molekül. Dieses Molekül entsteht dadurch, dass sich zwei Orbitale überlappen, die mit je einem Elektron besetzt sind. Dadurch entsteht ein zweifach (also maximal) besetztes Orbital, welches sich die beiden Chloratome miteinander teilen. Es handelt sich also um eine Elektronenpaarbindung (Synonyme: Atombindung, kovalente Bindung).
Anders beim Natrium. Hier entspricht die Darstellung in der Animation leider nicht sehr gut der Realität (soweit wir sie kennen). Wie bei anderen Metallen beruht der Zusammenhalt beim Natrium auf der sogenannten Metallbindung. Die Mertallbindung stellt man sich so vor, dass die Elektronen auf den äußersten Schalen (den Valenzschalen) gewissermaßen den Zusammenhang mit ihrem jeweiligen Atom verlieren und sich frei über die Außenschalen aller Atome des gesamten Kristalls verteilen. Die Valenzelektronen des gesamten Metallstücks (in unserer Darstellung: insgesamt 3 Stück) bewegen sich also frei zwischen den Restatomen (also dem Kern und den Elektronen der inneren 2 Schalen), den positiv geladenen Atomrümpfen. Man spricht metaphorisch von einem Elektronengas, da sich die Elektronen wie die Atome eines Gases frei in dem zur Verfügung stehenden Raum bewegen.
In der Darstellung hier wurde versucht, das Elektronengas darzustellen, indem die Elektronen ab und zu das Orbital, in dem sie sich aufhalten, wechseln.
Die Chlor- und Natriumatome sind nun aber in Bewegung (Wärmebewegung). Im Natrium als einem Festkörper können die Atome lediglich um ihre Plätze im Kristallgitter zittern. Die Chlormoleküle hingegen fliegen mit hoher Geschwindigkeit (unter normalen Umständen einige 100 km/sec) geradeaus, solange, bis sie ein Hinderniss treffen (im Durchschnitt nach 0.1 bis 1 Nanosekunden): ein anderes Chlormolekül oder z.B. ein Natriumatom. Dabei kann sich das Chlormolekül natürlich auch drehen (das ist nicht dargestellt) und seine Bindung kann schwingen, d.h., wie wenn da eine Spiralfeder wäre, periodisch länger und kürzer werden.
Bei einem Zusammenprall kommt es in den meisten Fällen dazu, dass das Molekül zurückprallt, weil sich die negativ geladenen äußeren Bereiche der Atome gegenseitig abstoßen.
Unter günstigen Bedingungen (Stoß nicht zu fest und nicht zu schwach; Molekül ist räumlich richtig orientiert) kann es jedoch dazu kommen, dass das Chlormolekül sich lose an die Natriumatome bindet, weil voll besetzte Orbitale des Chlors sich mit leeren Orbitalen des Natriums überlappen.
Dabei wird gleichzeitig die Bindung des Chlormoleküls gelockert.
Wir stellen uns vor, dass nun je ein Elektron in jedem Chloratom von einem Orbital ins andere umspringt. Dabei wird die bereits gelockerte Bindung des Moleküls zerstört.
Nun passiert folgendes: ein Natriumatom (in dieser Darstellung: das Atom unten links) gibt sein Außenelektron an das bei ihm adsorbierte Chloratom ab. Dieses hat nun 8 Außenelektronen und erfüllt damit die Oktettregel. Dadurch ist es nun aber auch zum negativ geladenen Anion geworden.
Wem gehört nun das Elektronenpaar, das in dem Orbital zwischen Natriumatom und Chloratom kreist?
Drücke den Knopf „6. >> 7.“ und beobachte ein Weilchen.
Aufgrund der Oktettregel müssen wir dieses Elektronenpaar zum Chloratom (bzw. Chloridion) zählen. Für das Natriumatom ergibt sich damit folgendes:
Das Natriumatom (jetzt links das zweite von oben) enthält nun keine Elektronen mehr in seiner 3. Schale. Da die 2. Schale aber voll besetzt ist, erfüllt es nun ebenfalls die Oktettregel, ist allerdings zum positiv geladenen Kation geworden.
Da das Natriumkation nun eine Schale weniger hat als vorher, ist es erheblich kleiner geworden. Außerdem stoßen sich die verbleibenden 10 Elektronen nun weniger stark gegenseitig ab als die 11, die es vorher hatte: auch dadurch schrumpft das Natriumion.
Andersherum beim Chloridion (ganz oben links): es hat nun 18 statt 17 Elektronen, die sich dementsprechend stärker abstoßen. Das Chloridion ist größer als ein Chloratom.
Das Natriumkation hat nun keinen Zusammenhalt mehr mit dem Rest der Natriumatome. Es wird aber vom Chloridanion elektrisch angezogen. Die beiden Ionen – das Cl– und das Na+-Ion – entfernen sich vom Rest des metallischen Natriums. Sie bilden allerdings kein NaCl-Molekül. Stattdessen bilden sie mit vielen weiteren Chlorid- und Natriumionen einen Ionenkristall, wie beim Menüpunkt „Ionenbindung“ bereits beschrieben.
Die Vorgänge bei der Reaktion von Chlor mit Natrium zu Kochsalz sollen nun auf der Ebene der Atome erklärt werden.
Die Animation zeigt ein Atom Chlor (oben) und ein Atom Natrium (unten).
Wir wissen alle, dass die Welt sich in den sehr kleinen Maßstäben, in denen wir uns hier bewegen, nicht so verhält wie wir es aus unserem Alltag gewohnt sind. Z.B. sind die Elementarteilchen keine Kugeln mit einer harten Oberfläche, wie etwa Holzkugeln. Auch haben sie natürlich keine Farbe. Trotzdem hilft es, wenn wir uns eine Vorstellung machen, wie hier in der Animation. Man spricht deshalb von „Modellen”.
Einiges in der Animation werden Sie wiedererkennen: es gibt einen Atomkern, hier blau dargestellt, um den herum sich die Elektronen (ockerfarben dargestellt) in mehreren Schalen bewegen. Zuinnerst kreisen jeweils 2 Elektronen um den Kern (erste Schale), dann etwas weiter vom Kern entfernt, 8 Elektronen (2. Schale).
Auf der äußerste Schale kreisen beim Natrium, wie es sein muss, ein Elektron, beim Chlor sieben.
Wie bereits beim Thema „Atombindung“ erklärt, sind die Elektronen der 3. Schale hier in Orbitalen dargestellt.