Calciumnitrid als Reaktionsgleichung?

2 Antworten

Von Experte Picus48 bestätigt
DedeM
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemie, Chemie
10.04.2024, 17:05

Moin,

es geht eben nicht darum, welche Summe sich aus den Außenelektronen der beteiligten Atome ergibt, sondern darum, dass alle beteiligten Bindungspartner am Ende eine stabile Elektronenkonfiguration in ihren Atomhüllen hinbekommen.

Und das kannst du am besten mit der Edelgasregel ermitteln.

Edelgasatome haben von Natur aus eine besonders stabile Elektronenkonfiguration (Anzahl und Verteilung von Elektronen in der Hülle). Deshalb reagieren sie praktisch nicht mit anderen Elementen, weil jede Veränderung in dieser perfekten Hülle von Nachteil wäre.

Umgekehrt reagieren die Atome von anderen Elementen (als Edelgasen) munter miteinander, weil bei ihnen die dadurch entstehenden Veränderungen in der Hülle dazu führen sollen, eine Edelgaskonfiguration zu erreichen.

So! Und jetzt gucken wir uns das mal für die Reaktion zwischen Calcium und Stickstoff konkret an.

Stickstoffatome haben in ihrer Hülle insgesamt sieben Elektronen (zwei Rumpfelektronen und fünf Außenelektronen). Die beiden nächstgelegenen Edelgase zur Position von Stickstoff im Periodensystem der Elemente (PSE) sind Helium (He auf Platz 2) und Neon (Ne auf Platz 10).
Um die Edelgaskonfiguration von Helium zu erreichen (zwei Elektronen) müsste ein Stickstoffatom fünf Elektronen abgeben (7 – 5 = 2). Um dagegen auf die Edelgaskonfiguration eines Neonatoms zu kommen (10 Elektronen), müsste das Stickstoffatom drei Elektronen aufnehmen (7 + 3 = 10).
Die Abgabe von Elektronen und die Aufnahme von Elektronen erfordert etwa den gleichen Energieaufwand. Dann ist es logisch, dass es ein Stickstoffatom mehr Energie kostet, fünf Elektronen abzugeben als drei aufzunehmen, verstehst du?!

Darum nimmt ein Stickstoffatom in Reaktionen mit Metallatomen gerne drei Elektronen auf.

Wenn aber ein ungeladenes Stickstoffatom drei Elektronen aufnimmt, dann wird es zu einem dreifach negativ geladenen Stickstoffion (ein Nitrid-Anion). Immerhin sind Elektronen ja negativ geladene Atombausteine.

Die Calciumatome haben dagegen insgesamt 20 Elektronen in ihrer Hülle. Die nächstgelegenen Edelgase zur Calciumposition im PSE sind Argon (mit 18 Elektronen) und Krypton (mit 36 Elektronen). Hier ist noch klarer, was für die Calciumatome leichter zu erreichen ist: für das Erreichen einer Edelgaskonfiguration eines Argonatoms müsste ein Calciumatom zwei Elektronen abgeben (20 – 2 = 18). Aber es müsste 16 Elektronen aufnehmen, um die Edelgaskonfiguration von Kryptonatomen hinzubekommen.
Darum geben Calciumatome bei Reaktionen mit Nichtmetallatomen gerne zwei Elektronen ab.

Wenn aber ein Calciumatom zwei Elektronen abgibt, wird aus ihm ein zweifach positiv geladenes Calciumion, denn dieses Ion hat ja nach wie vor 20 positiv geladene Protonen im Kern (20 Plusladungen), aber nach der Abgabe nur noch 18 Elektronen in der Hülle (18 Minusladungen). Deshalb entsteht ein zweifach positv geladenes Calcium-Kation.

Tja. Und nun musst du es so hinbekommen, dass die zweifach positiv geladenen Calciumkationen und die dreifach negativ geladenen Nitridanionen so kombiniert werden, dass keine Ladung (weder eine positive noch eine negative) unausgeglichen übrig bleibt.

Bei der von dir vorgeschlagenen Formel Ca2N hätten wir zwei zweifach positiv geladene Calciumkation (2 x Ca2+), also zusammen vier Plusladungen und nur ein dreifach negativ geladenes Nitridanion (N3–), also drei Minusladungen. Das bedeutet, dass eine der Plusladungen unausgeglichen übrig wäre.

Aber in der Formel Ca3N2 kommen auf drei Calciumkationen (= sechs Plusladungen, weil 3 x 2+ = 6+ ergibt) auch sechs Minusladungen (weil 2 x 3– = 6– ist). Daher gleichen sich die sechs Plusladungen und die sechs Minusladungen gegenseitig aus. Und deshalb ist die korrekte Formel für Calciumnitrid Ca3N2.

LG von der Waterkant