Natriumchlorid: Aufbau, Eigenschaften, Verwendung

Natriumchlorid ist ein fester, kristalliner Stoff mit der chemischen Formel NaCl. Reine Kristalle sind farblos und durchsichtig; eine größere Menge fein verteilter Kristalle erscheint weiß.

Natriumchlorid enthält zwei Ionensorten: das Natrium-Ion Na⁺ als Kation und das Chlorid-Ion Cl⁻ als Anion. Chlorid bezeichnet nur das negativ geladene Ion Cl⁻. Es ist nicht dasselbe wie das gesamte Salz Natriumchlorid. Die Formel NaCl beschreibt keine einzelnen NaCl-Moleküle. Sie gibt das kleinste Zahlenverhältnis der Ionen im Gitter an. Weil sich die Ladungen +1 und −1 ausgleichen, ist das Verhältnis 1 : 1.

Ein neutrales Natriumatom besitzt ein Außenelektron, das es bei der Reaktion mit Chlor abgibt. Danach hat es ein Elektron weniger als Protonen und ist einfach positiv geladen. Aus dem Natriumatom werden ein Natrium-Ion und ein abgegebenes Elektron. In der Gleichung steht e⁻ für ein Elektron:

\ce{Na -> Na+ + e-}

Ein neutrales Chloratom besitzt sieben Außenelektronen. Es nimmt das abgegebene Elektron auf. Danach hat es ein Elektron mehr als Protonen und ist einfach negativ geladen. Aus dem Chloratom und dem aufgenommenen Elektron wird ein Chlorid-Ion:

\ce{Cl + e- -> Cl-}

Das Elektron verschwindet also nicht: Natrium gibt es ab, Chlor nimmt es auf. Die elektrische Anziehung zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen heißt Ionenbindung. Sie hält die Ionen im Ionengitter zusammen.

Unter einem Abzug und mit Schutzausrüstung kann eine Lehrkraft oder eine Fachperson Natrium mit Chlor zu Natriumchlorid reagieren lassen. Dabei entstehen ein weißer, kristalliner Feststoff sowie Licht und Wärme. Die Gesamtreaktion ist exotherm, sie gibt also Energie an die Umgebung ab. Elementares Natrium reagiert heftig mit Wasser, und elementares Chlor ist giftig. Die Reaktion wird hier deshalb nur beschrieben; sie ist kein Versuch zum selbstständigen Durchführen. Sie zeigt einen wichtigen chemischen Grundsatz: Eine Verbindung besitzt andere Eigenschaften als die Elemente, aus denen sie entsteht.

Im festen Natriumchlorid sind die Ionen regelmäßig angeordnet. Jedes Natrium-Ion ist von sechs Chlorid-Ionen umgeben. Umgekehrt hat jedes Chlorid-Ion sechs Natrium-Ionen als nächste Nachbarn. Diese Anordnung wird Natriumchlorid-Struktur genannt.

Der Aufbau als Ionengitter erklärt mehrere Stoffeigenschaften: Natriumchlorid bildet feste, würfelförmige Kristalle, schmilzt erst bei 801 °C und ist gut in Wasser löslich. Für das Lösen in Wasser ist zusätzlich die Anziehung zwischen den Wassermolekülen und den Ionen entscheidend.

Beim Lösen lagern sich Wassermoleküle um die Ionen. Na⁺ und Cl⁻ verlassen das Gitter und verteilen sich in der Flüssigkeit. Es entsteht eine Kochsalzlösung.

Festes Natriumchlorid leitet elektrischen Strom nicht: Seine Ionen sitzen an festen Gitterplätzen. In einer wässrigen Lösung können sich die gelösten Ionen dagegen bewegen und elektrische Ladung transportieren.

Ein Salz ist insgesamt elektrisch neutral. Deshalb muss die Summe aller positiven und negativen Ladungen null ergeben. Daraus leitest du das kleinste ganzzahlige Verhältnis der Ionen ab.

Beispiel NaCl: Na⁺ trägt die Ladung +1, Cl⁻ die Ladung −1. Es gilt (+1) + (−1) = 0. Du brauchst ein Natrium-Ion und ein Chlorid-Ion. Die Verhältnisformel ist NaCl.

Eine tiefgestellte Zahl in einer Verhältnisformel heißt Index. Sie gilt für das Ion direkt davor und gibt an, wie viele dieser Ionen auf eines der anderen Sorte kommen. Steht keine Zahl, ist eine 1 gemeint.

Natriumchlorid kommt gelöst im Meerwasser und als festes Steinsalz in unterirdischen Lagerstätten vor. Es wird auf mehreren Wegen gewonnen: Steinsalz wird in Bergwerken abgebaut. Salzhaltiges Wasser, die Sole, wird eingedampft. Meerwasser verdunstet in Salzgärten, bis Salz zurückbleibt.

Seine Eigenschaften erklären viele Anwendungen. Die Tabelle zeigt die wichtigsten.