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2.11: Ionische Verbindungen
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Ionic Bonds
 
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2.11: Ionic Bonds

2.11: Ionische Verbindungen

Overview

When atoms gain or lose electrons to achieve a more stable electron configuration they form ions. Ionic bonds are electrostatic attractions between ions with opposite charges. Ionic compounds are rigid and brittle when solid and may dissociate into their constituent ions in water. Covalent compounds, by contrast, remain intact unless a chemical reaction breaks them.

Opposing Charges Hold Ions Together in Ionic Compounds

Ionic bonds are reversible electrostatic interactions between ions with opposing charges. Elements that are the most reactive (i.e., have a higher tendency to undergo chemical reactions) include those that only have one valence electron, (e.g., potassium) and those that need one more valence electron (e.g., chlorine).

Ions that lose electrons have a positive charge and are referred to as cations. Ions that gain electrons have a negative charge and are called anions. Cations and anions combine in ratios that result in a net charge of 0 for the compound they form. For example, the compound potassium chloride (KCl) contains one chloride ion for each potassium ion, because the charge of potassium is +1 and the charge of chloride is -1. The compound magnesium chloride (MgCl2) contains two chloride ions for each magnesium ion because magnesium’s charge is +2.

Ions Can Dissociate From One Another in Water

The electrostatic forces holding ionic compounds together are strong when the compounds are in solid form. Since the melting points of ionic compounds tend to be very high, they are generally found as solids on the Earth’s surface. However, ionic bonds are not as strong as covalent bonds, because the ions can be pulled apart, or dissolved, in a chemical reaction liquids like water. Ions dissolved in water are said to be in a chemical reaction, and many ions are capable of conducting electric currents when in this form.

Electrolytes Are Important for Biological Systems

Electrolytes are ions that can conduct electricity when dissolved in water. In biological systems, electrolytes are essential for osmotic regulation—the balance of water across cellular membranes. Electrolytes also contribute to critical biological processes that rely upon electrical charges across the cell membrane, such as muscle contractions and nerve impulses. Common biological electrolytes include the calcium ion (Ca2+), the sodium ion (Na+), the magnesium ion (Mg2+), the potassium ion (K+), the phosphate ion (PO43-) and the chloride ion (Cl-).

Electrolyte imbalances can cause severe physical symptoms and even death. One of the most commonly-encountered electrolyte imbalances is hyponatremia, insufficient sodium levels in the blood. Hyponatremia can be a symptom of another medical condition or caused by ingesting too much water without adequately replacing sodium. Treatments for this serious condition aim to restore the balance of sodium in the body so that the brain, heart, and other organs can function properly.

Überblick

Wenn Atome Elektronen aufnehmen oder abgeben, um so eine stabilere Elektronenkonfiguration zu erreichen, bilden sie Ionen. Ionische Bindungen sind elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Ionen mit entgegengesetzter Ladung. Ionische Verbindungen sind im festen Zustand starr und spröde und können in Wasser in ihre Bestandteile zerfallen. Kovalente Verbindungen bleiben dagegen intakt, sofern sie nicht durch eine chemische Reaktion aufgebrochen werden.

Gegensätzliche Ladungen halten Ionen in ionischen Verbindungen zusammen

Ionenbindungen sind reversible, elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Ionen mit entgegengesetzten Ladungen. Zu den reaktionsfreudigsten (d.h. zu chemischen Reaktionen neigenden) Elementen gehören jene Atome, die nur ein Valenzelektron besitzen (z.B. Kalium) und jene, die ein weiteres Valenzelektron benötigen (z.B. Chlor).

Wenn Ionen Elektronen verlieren, weisen sie eine positive Ladung auf und werden als Kationen bezeichnet. Ionen, die Elektronen aufnehmen, erhalten eine negative Ladung und werden als Anionen bezeichnet. Kationen und Anionen verbinden sich in Verhältnissen, die für die Verbindung, die sie bilden, eine Nettoladung von 0 ergeben. Zum Beispiel enthält die Verbindung Kaliumchlorid (KCl) für jedes Kaliumion ein Chloridion. Die Ladung des Kaliums beträgt +1, während die des Chlorids -1 beträgt. Die Verbindung Magnesiumchlorid (MgCl2) enthält zwei Chlorid-Ionen für jedes Magnesium-Ion, da die Ladung von Magnesiums +2 ist.

Ionen lösen sich in Wasser auf

Die elektrostatischen Kräfte, welche die ionischen Verbindungen zusammenhalten, sind stark, wenn die Verbindungen in fester Form vorliegen. Da die Schmelzpunkte von ionischen Verbindungen sehr hoch sind, findet man sie im Allgemeinen als Festkörper auf der Erdoberfläche. Allerdings sind die ionischen Bindungen nicht so stark wie kovalente Bindungen. Die Ionen können in einer chemischen Reaktionsflüssigkeit wie Wasser auseinander gezogen oder gelöst werden. In Wasser gelöste Ionen befinden sich also in einer chemischen Reaktion. Viele Ionen sind in dieser Form in der Lage, elektrischen Strom zu leiten.

Elektrolyte sind wichtig für biologische Systeme

Elektrolyte sind Ionen, die in Wasser gelöst Elektrizität leiten können. In biologischen Systemen sind Elektrolyte essenziell für die osmotische Regulation, der Haltung des Wassergleichgewicht über die Zellmembrane hinweg. Elektrolyte tragen auch zu wichtigen biologischen Prozessen bei, die auf elektrische Ladungen über Zellmembranen angewiesen sind. Dazu gehören beispielsweise Muskelkontraktionen und Nervenimpulse. Zu den üblichen biologischen Elektrolyten gehören das Kalzium-Ion (Ca2+), das Natrium-Ion (Na+), das Magnesium-Ion (Mg2+), das Kalium-Ion (K+), das Phosphat-Ion (PO43-) und das Chlorid-Ion (Cl-).

Elektrolyt-Ungleichgewichte können schwere körperliche Symptome auslösen und sogar den Tod eines Organismus verursachen. Eine der am häufigsten auftretenden Elektrolytstörungen ist die Hyponatriämie, ein zu geringer Natriumgehalt im Blut. Hyponatriämie kann ein Symptom einer anderen Erkrankung sein oder durch die Einnahme von zu viel Wasser verursacht werden, ohne dass gleichzeitig angemessen Natrium aufgenommen wird. Behandlungen für diese ernste Erkrankung zielen darauf ab, das Gleichgewicht des Natriums im Körper wiederherzustellen. Das Ziel ist es, die Gegebenheiten für das richtige Funktionieren von Gehirn, Herz und anderen Organen wiederherzustellen.


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