Verhältnisformeln von Salzen aufstellen

Einstieg: Was steht auf der Packung?

Auf einer Packung Streusalz für den Winter steht „Calciumchlorid“, auf Zahnpasta „Natriumfluorid“, auf einer Kreidepackung „Calciumcarbonat“, auf Düngemittel „Kaliumnitrat“. Alles Salze. Aber warum heißt es $\mathrm{CaCl_{2}}$ und nicht $\mathrm{CaCl}$? Mit dem Wissen über Ionenladungen kannst du die Formel jedes einfachen Salzes selbst herleiten.

Erklärung: Ladungsausgleich

Ein Salz ist nach außen elektrisch neutral. Die positiven und negativen Ladungen der Ionen müssen sich also genau ausgleichen. Daraus ergibt sich das Anzahlverhältnis der Ionen und damit die Verhältnisformel.

So gehst du vor:

1. Ionen und ihre Ladungen bestimmen. Die Ladung liest du aus der Hauptgruppe ab: I → 1+, II → 2+, III → 3+, V → 3−, VI → 2−, VII → 1−.
2. Ionen so kombinieren, dass die Summe der Ladungen null ergibt. Dazu suchst du das kleinste gemeinsame Vielfache der Ladungen.
3. Formel schreiben: Kation zuerst, dann Anion, Anzahl als Index. Ladungen erscheinen in der Verhältnisformel nicht.

Namen: Zuerst das Metall, dann das Nichtmetall mit der Endung -id: Natriumchlorid, Magnesiumoxid, Aluminiumsulfid.

Zusammengesetzte Ionen

Manche Ionen bestehen aus mehreren Atomen, die fest miteinander verbunden sind und zusammen eine Ladung tragen. Sie heißen Molekül-Ionen. Die wichtigsten:

Ion	Name	Beispiel
$\mathrm{OH^{-}}$	Hydroxid-Ion	Natriumhydroxid $\mathrm{NaOH}$
$\mathrm{NO_{3}^{-}}$	Nitrat-Ion	Kaliumnitrat $\mathrm{KNO_{3}}$
$\mathrm{CO_{3}^{2-}}$	Carbonat-Ion	Calciumcarbonat $\mathrm{CaCO_{3}}$
$\mathrm{SO_{4}^{2-}}$	Sulfat-Ion	Kupfersulfat $\mathrm{CuSO_{4}}$
$\mathrm{PO_{4}^{3-}}$	Phosphat-Ion	Calciumphosphat $\mathrm{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}$
$\mathrm{NH_{4}^{+}}$	Ammonium-Ion	Ammoniumchlorid $\mathrm{NH_{4}Cl}$

Braucht man ein Molekül-Ion mehrmals, setzt man es in Klammern: $\mathrm{Ca(OH)_{2}}$, $\mathrm{Ca_{3}(PO_{4})_{2}}$.

Beispiele

Beispiel 1: Calciumchlorid

1. Calcium, II. Hauptgruppe: $\mathrm{Ca^{2+}}$. Chlor, VII. Hauptgruppe: $\mathrm{Cl^{-}}$.
2. Ladung +2 braucht zweimal −1. Verhältnis 1 : 2.
3. Formel: $\mathrm{CaCl_{2}}$.

Beispiel 2: Aluminiumoxid

1. $\mathrm{Al^{3+}}$ und $\mathrm{O^{2-}}$.
2. Kleinstes gemeinsames Vielfaches von 3 und 2 ist 6. Zwei Aluminium-Ionen liefern +6, drei Oxid-Ionen liefern −6.
3. Formel: $\mathrm{Al_{2}O_{3}}$.

Ein Trick dafür ist das „Überkreuzen“ der Ladungszahlen: Die 3 vom Aluminium wird Index beim Sauerstoff, die 2 vom Sauerstoff Index beim Aluminium. Prüfe danach immer, ob sich die Indizes noch kürzen lassen: Bei Magnesiumoxid ergäbe das Überkreuzen $\mathrm{Mg_{2}O_{2}}$, gekürzt $\mathrm{MgO}$.

Beispiel 3: Vom Namen zur Reaktionsgleichung

Aluminium reagiert mit Sauerstoff zu Aluminiumoxid. Ionen: $\mathrm{Al^{3+}}$ und $\mathrm{O^{2-}}$, also $\mathrm{Al_{2}O_{3}}$ (Beispiel 2). Sauerstoff besteht aus $\mathrm{O_{2}}$-Molekülen. Ausgleichen:

$4\,\mathrm{Al} + 3\,\mathrm{O_{2}} \longrightarrow 2\,\mathrm{Al_{2}O_{3}}$

Merksatz

Salze sind elektrisch neutral. Die Verhältnisformel ergibt sich aus dem Ladungsausgleich zwischen Kationen und Anionen. Im Namen steht das Metall zuerst, das Anion des Nichtmetalls endet auf -id. Molekül-Ionen wie Hydroxid, Nitrat, Carbonat und Sulfat bleiben als Einheit erhalten und stehen bei mehrfacher Anzahl in Klammern.

Übungen

Grundlagen

1. Stelle die Verhältnisformeln auf: Kaliumbromid, Magnesiumchlorid, Natriumoxid, Calciumsulfid, Aluminiumfluorid.
2. Benenne: $\mathrm{LiF}$, $\mathrm{MgS}$, $\mathrm{K_{2}O}$, $\mathrm{CaI_{2}}$, $\mathrm{Al_{2}S_{3}}$.
3. Gib die Ionen an, aus denen $\mathrm{Na_{2}SO_{4}}$ und $\mathrm{Mg(OH)_{2}}$ aufgebaut sind.

Weiter

4. Stelle die Formeln auf: Calciumnitrat, Natriumcarbonat, Ammoniumsulfat, Aluminiumhydroxid.
5. Ein Schüler schreibt für Calciumoxid $\mathrm{Ca_{2}O_{2}}$. Erkläre den Fehler.
6. Stelle die Reaktionsgleichung auf: Magnesium reagiert mit Chlor zu Magnesiumchlorid.

Knobeln

7. Lithium reagiert mit Stickstoff ($\mathrm{N_{2}}$) zu Lithiumnitrid. Leite die Formel her und stelle die Reaktionsgleichung auf.
8. Eisen kann Ionen mit zwei verschiedenen Ladungen bilden. Rost enthält $\mathrm{Fe_{2}O_{3}}$, ein schwarzes Eisenoxid hat die Formel $\mathrm{FeO}$. Bestimme jeweils die Ladung der Eisen-Ionen.

Lösungen

1. $\mathrm{KBr}$, $\mathrm{MgCl_{2}}$, $\mathrm{Na_{2}O}$, $\mathrm{CaS}$, $\mathrm{AlF_{3}}$.
2. Lithiumfluorid, Magnesiumsulfid, Kaliumoxid, Calciumiodid, Aluminiumsulfid.
3. $\mathrm{Na_{2}SO_{4}}$: zwei $\mathrm{Na^{+}}$ und ein $\mathrm{SO_{4}^{2-}}$. $\mathrm{Mg(OH)_{2}}$: ein $\mathrm{Mg^{2+}}$ und zwei $\mathrm{OH^{-}}$.
4. $\mathrm{Ca(NO_{3})_{2}}$, $\mathrm{Na_{2}CO_{3}}$, $\mathrm{(NH_{4})_{2}SO_{4}}$, $\mathrm{Al(OH)_{3}}$.
5. $\mathrm{Ca^{2+}}$ und $\mathrm{O^{2-}}$ gleichen sich im Verhältnis 1 : 1 aus. Die Verhältnisformel gibt das kleinste ganzzahlige Verhältnis an, also $\mathrm{CaO}$.
6. $\mathrm{Mg} + \mathrm{Cl_{2}} \longrightarrow \mathrm{MgCl_{2}}$
7. Lithium bildet $\mathrm{Li^{+}}$, Stickstoff (V. Hauptgruppe) bildet $\mathrm{N^{3-}}$. Drei Lithium-Ionen gleichen ein Nitrid-Ion aus: $\mathrm{Li_{3}N}$. Gleichung: $6\,\mathrm{Li} + \mathrm{N_{2}} \longrightarrow 2\,\mathrm{Li_{3}N}$.
8. Oxid-Ionen sind 2−. In $\mathrm{FeO}$ gleicht ein Eisen-Ion ein Oxid-Ion aus, also $\mathrm{Fe^{2+}}$. In $\mathrm{Fe_{2}O_{3}}$ tragen drei Oxid-Ionen zusammen −6, verteilt auf zwei Eisen-Ionen, also $\mathrm{Fe^{3+}}$.