Warum sind Kochsalzkristalle würfelförmig? - Das Ionengitter von Kochsalz

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Wenn wir Kochsalz mit der Lupe betrachten, erkennen wir, dass es aus kleinen würfelförmigen Kristallen besteht. Am besten nehmen wir dazu Spülmaschinensalz, auch bekannt als Regeneriersalz.

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Bild 1: Kochsalzkristalle (Regeneriersalz) (Foto: Blume)


Vorneweg aber eine Frage und die Antwort
F: Ich bin angehende Erzieherin und kann meinen Kindergartenkindern folgende Frage nicht beantworten: Warum ist Kochsalz würfelförmig?

A: Kochsalz besteht aus vielen superkleinen, kugeligen Teilchen. Die sind so klein, dass man sie nicht sehen kann. Man kann sie sich aber als Bälle vorstellen. Es gibt zwei Sorten: Kleine und große. Die legen sich ordentlich nebeneinander und übereinander. So bilden sich regelmäßige Körper - in diesem Fall Würfel. Das kann man selbst prüfen - z. B. mit Tennisbällen und mit Kugeln aus aufgebrauchten Deo-Rollern.

Bild 2: Kochsalzkristall und sein Aufbau aus Ionen
(Quelle: Cornelsen)


Der Aufbau von Kristallen ist hochgeordnet
Kochsalz ist das Paradebeispiel für Ionenkristalle. Das Gitter des Kochsalzkristalls besteht aus der jeweils gleichen Anzahl von positiv und von negativ geladenen Ionen, die sich bei der Gitterbildung zusammenlagern. (Das geht sehr schnell, quasi Kristallbildung im Eiltempo.) Als ganzes ist der Ionenkristall nach außen hin elektrisch neutral.

Im Kristallgitter werden die Ionen durch elektrostatische Wechselwirkungen (Coulombsche Bindungskräfte) zusammengehalten.

Die Coulombschen Bindungskräfte sind ungerichtet, aber sehr effektiv. Deshalb haben Salze im Vergleich zu den Molekülgittern im Allgemeinen einen hohen Schmelzpunkt, so Natriumchlorid bei 801 °C. Diese Bindungskräfte sind so stark, dass es kaum gelingt, die Ionen durch ein angelegtes elektrisches Feld zum Wandern zu bringen. Aufgrund des Aufbaus aus elektrisch geladenen Teilchen leitet Kochsalz als Schmelzen oder in wässriger Lösung den elektrischen Strom.


Die Anordnung der Ionen im Gitter ist nicht zufällig
Die Ionen ordnen sich bei ihrer Zusammenlagerung so an, dass sie anschließend eine minimale potentielle Energie besitzen. Das führt zu dem hohen Ordnungszustand, den wir beim Aufbau der Salzkristalle so bewundern.

Dabei ist Folgendes zu beobachten:

- Es wird der Kontakt zwischen gleichgeladenen Ionen vermieden, da dadurch das Gitter instabil wird.

- Um ein Ion werden so viele entgegengesetzt geladene Ionen gepackt, wie irgendwie möglich ist.

Das hat zur Folge, dass jedes Ion oktaedrisch von 6 Gegen-Ionen umgeben ist. Im nächsten Bild sind in einem größeren Ausschnitt des Kochsalzgitters drei dieser Oktaeder eingezeichnet.

Bild 3: Oktaedrische Anordnung der Ionen von Kochsalz
(Grafik: Blume)


So resultiert die würfelförmige Elementarzelle, die aus 8 Ionen besteht, darunter 4 kleine Natrium-Ionen und 4 große Chlorid-Ionen.


Wie sättigt der Kristall seine Bindungen nach außen ab?
Es stellt sich Lernenden immer wieder die Frage, wie die äußeren Kristallflächen aussehen. Denn hier finden die Ionen, deren Coulombschen Bindungskräfte ja letztlich ungerichtete elektromagnetische Kraftfelder sind, keine Bindungspartner mehr.

Deshalb adsorbieren die Kristalloberflächen fremde (möglichst polare) Moleküle wie die von Wasser oder auch von Luftbestandteilen.


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Letzte Überarbeitung: 20. Januar 2011, Dagmar Wiechoczek