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Magnesiumoxid – Aufstellen der Lewis-Formel

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André Otto
Magnesiumoxid – Aufstellen der Lewis-Formel
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse

Grundlagen zum Thema Magnesiumoxid – Aufstellen der Lewis-Formel

Magnesiumoxid in der Chemie

Magnesiumoxid, auch unter dem Namen Magnesia bekannt, ist eine chemische Verbindung bestehend aus den Elementen Magnesium $\left( \ce{Mg} \right)$ und Sauerstoff $\left( \ce{O} \right)$. Die Summenformel von Magnesiumoxid lautet $\ce{MgO}$. Wie diese Verbindung genau aufgebaut ist, sehen wir uns hier an. Dazu stellen wir Magnesiumoxid in der Lewis-Schreibweise dar. Außerdem gehen wir noch auf einige Eigenschaften von Magnesiumoxid ein.

Magnesiumoxid ist eine ionische Verbindung mit der Summenformel $\ce{MgO}$. Sie wird durch eine Elektronenübertragung zwischen Magnesium- und Sauerstoff-Atomen gebildet.

Magnesiumoxid – Steckbrief

Im folgenden Steckbrief sind die wichtigsten Eigenschaften von Magnesiumoxid aufgelistet:

Steckbrief   Magnesiumoxid
Summenformel $\ce{MgO}$
molare Masse $M$ $40,304 \, \frac{\text{g}}{\text{mol}}$
Dichte $\rho$ $3,58 \, \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$
Schmelzpunkt (Smp.) $2\,800\,\pu{°C}~~$ (unter Normaldruck)
Siedepunkt (Sdp.) $\pu3\,600\,\pu{°C}~~$ (unter Normaldruck)
Härte mittel, Wert $5,5 - 6$ auf der Mohshärte-Skala
Löslichkeit sehr gering, praktisch unlöslich in Wasser
Beschaffenheit kristalliner Feststoff, meist feines, weißes Pulver

Magnesiumoxid – Aufstellen der Gleichung mit Lewis-Formeln

Wie bereits erwähnt, besteht Magnesiumoxid aus den Elementen Magnesium und Sauerstoff. Das Element Magnesium steht in der II. Hauptgruppe und in der dritten Periode im Periodensystem der Elemente. Daraus können wir ableiten, dass ein Magnesium-Atom über drei besetzte Elektronenschalen verfügt – mit zwei Außenelektronen auf der äußersten Schale, die auch als Valenzelektronen bezeichnet werden. Das Element Sauerstoff steht im Periodensystem in der VI. Hauptgruppe und in der zweiten Periode. Ein Sauerstoff-Atom besitzt demzufolge zwei besetzte Elektronenschalen und sechs Außenelektronen.

Dir sollte bereits bekannt sein, dass in Verbindungen die Oktettregel erfüllt sein muss, das heißt, jedes Atom einer chemischen Verbindung muss über acht Valenzelektronen verfügen und damit die Edelgaskonfiguration erreichen. In Verbindungen, in denen die Atome über kovalente Bindungen zu Molekülen verbunden sind, teilen sich die beteiligten Atome ein oder mehrere Elektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Das lässt sich mit Lewis-Formeln darstellen. Anders als bei einfachen Summenformeln werden bei der Lewis-Schreibweise nämlich die Außenelektronen mitgezeichnet. Ein Elektronenpaar wird in der Lewis-Formel als zwei Punkte oder, noch vereinfachter, als (Valenz-)Strich dargestellt.

Allerdings setzt sich Magnesiumoxid nicht aus kovalent gebundenen Molekülen zusammen. Würden sich Magnesium und Sauerstoff Valenzelektronen teilen, könnte Sauerstoff zwar die Oktettregel erfüllen, Magnesium jedoch nicht. Aus diesem Grund gehen die Atome im Magnesiumoxid stattdessen eine ionische Bindung ein, also eine Ionenbindung. Ein Magnesium-Atom gibt seine zwei Außenelektronen vollständig ab, diese gehen auf das Sauerstoff-Atom über. Sauerstoff besitzt damit die Edelgaskonfiguration von Neon, ist dabei allerdings zweifach negativ geladen. Es entsteht ein Sauerstoff-Ion $\left( \ce{O^{2-}} \right)$. Durch die Abgabe der Elektronen wird aus einem Magnesium-Atom das zweifach positiv geladene Magnesium-Ion $\left( \ce{Mg^{2+}} \right)$. Die dritte Schale von Magnesium ist damit unbesetzt – so wird die zweite Schale zur neuen Außenschale des Atoms. Auf dieser befinden sich bereits acht Elektronen, somit hat das Magnesium ebenfalls die Edelgaskonfiguration von Neon erreicht.
Unterschiedlich geladene Ionen ziehen sich an und gehen eine stabile Verbindung ein. Aus diesem Grund verbinden sich $\ce{Mg^{2+}}$ und $\ce{O^{2-}}$ zu $\ce{MgO}$. So entsteht die Ionenbindung – also ein Salz – wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Magnesiumoxid Ionenbindung und Darstellung der Valenzelektronen

Wie du in der Abbildung siehst, lassen sich auch ionische Verbindungen mit Lewis-Formeln darstellen. Die Außenelektronen der beiden Ausgangsstoffe werden mit Punkten bzw. Strichen dargestellt. Bei der Darstellung der Verbindung ist zu beachten, dass es bei der Ionenbindung keine bindenden Elektronenpaare gibt. Die beiden Außenelektronen des Magnesium-Atoms sind vollständig auf das Sauerstoff-Atom übergegangen. Demnach ist dieses von vier Valenzstrichen ($= 8$ Valenzelektronen) umgeben und trägt eine zweifach negative Ladung. In ähnlicher Weise haben wir hier noch die $8$ Valenzelektronen der neuen Außenschale des Magnesium-Atoms in grün eingezeichnet. Normalerweise würde man diese jedoch weglassen und lediglich die zweifach positive Ladung an das Elementsymbol des Kations setzen. Auch die eckigen Klammern haben wir lediglich zur Verdeutlichung der Abgrenzung zwischen Anion und Kation eingezeichnet. Eine vereinfachte Lewis-Formel der Verbindung könnte man also auch so schreiben:

$\ce{Mg^{2+}}~| \underset{–}{\overset{–}{\ce{O}}} |^{2-}$

Da es sich um eine ionische Verbindung handelt, wird Magnesiumoxid zu den Salzen gezählt. Das trifft allerdings nicht auf alle Oxidverbindungen zu. Wir wollen uns nun noch ein paar Details zu diesem besonderen Stoff ansehen.

Herstellung von Magnesiumoxid

Durch das Brennen des Magnesiumminerals Magnesit, chemisch gesehen Magnesiumcarbonat $\left( \ce{MgCO3} \right)$, bei einer Temperatur von ca. $\pu{800°C}$ entsteht Magnesiumoxid. Dabei wird Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ nach folgender Reaktionsgleichung freigesetzt:

$\ce{MgCO3 ->[\pu{800°C}] MgO + CO2}$

Magnesiumoxid wird auch bei der Verbrennung von elementarem Magnesium gebildet:

$\ce{2 Mg + O2 -> 2 MgO}$

Allerdings kommt Magnesium in seiner reinen, elementaren Form nicht natürlich auf der Erde vor. Viel bedeutender ist der umgekehrte Prozess – die Gewinnung von reinem Magnesium aus Magnesiumoxid.

Verwendung von Magnesiumoxid

Magnesiumoxid ist ein wichtiger Ausgangsstoff für die Herstellung von Magnesiummetall, also elementarem Magnesium, welches vielfältige Anwendungsbereiche in der Industrie besitzt. Aber auch Magnesiumoxid ist ein wichtiger Grundstoff in der Chemie und wird zum Beispiel bei der Herstellung von Buntmetallen, Edelstahl, Glas und einigen weiteren Baustoffen verwendet. Darüber hinaus kommt Magnesiumoxid in der Pharmaindustrie zum Einsatz und ist ein Lebensmittelzusatzstoff. Aber auch Tafelkreide in der Schule enthält oft Magnesiumoxid.

Zusammenfassung zu Magnesiumoxid und dem Aufstellen der Lewis-Formel

  • Magnesiumoxid ist eine ionische Verbindung und kann damit zu den Salzen gezählt werden. Es ist ein weißer, hochschmelzender Feststoff.
  • Neben Verbindungen, die aus kovalent gebundenen Molekülen aufgebaut sind, können auch Ionenverbindungen wie Magnesiumoxid in Lewis-Schreibweise dargestellt werden.
  • Bei der Lewis-Formel einer Ionenverbindung wie Magnesiumoxid ist zu beachten, dass es keine bindenden Elektronenpaare gibt, sondern eine klare Trennung zwischen Anion und Kation. Üblicherweise werden nur die Außenelektronen des Anions in Form von Valenzstrichen dargestellt.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Magnesiumoxid – Aufstellen der Lewis-Formel

Wie entsteht Magnesiumoxid?
Welche Farbe hat Magnesiumoxid?
Was ist der Unterschied zwischen Magnesiumcitrat und Magnesiumoxid?
Aus was besteht Magnesiumoxid?
Was ist schweres Magnesiumoxid?
Warum ist die Schmelztemperatur von Magnesiumoxid höher als die von Natriumchlorid?
Für welche Zwecke wird Magnesiumoxid verwendet?
Wie sieht Magnesiumoxid aus?

Transkript Magnesiumoxid – Aufstellen der Lewis-Formel

Hallo, liebe Chemieinteressierte. Herzlich willkommen zum Video Lewisformeln Teil 6. In diesem Video möchte ich zeigen, wie Lewisformeln auf ionische Verbindungen angewendet werden können. Als Beispiel ich ein chemisches Teilchen, dass aus einem Atom Magnesium und einem Atom Sauerstoff besteht. Wie heißt die entsprechende chemische Verbindung? Richtig, es handelt sich um die chemische Verbindung Magnesiumoxid. Nehmen wir wieder unsere wichtigste chemische Informationsquelle, das Periodensystem der Elemente PSE zur Hand. Wir finden unter dem Symbol für Magnesium Mg einen Eintrag in der 2. Hauptgruppe. Das bedeutet, dass ein Magnesiumatom 2 Außenelektronen besitzt. Ich möchte jetzt das Magnesiumatom durch diese 2 Außenelektronen kennzeichnen. Für das Sauerstoffatom finden wir unter dem Symbol O im Periodensystem der Elemente PSE einen Eintrag in der 6. Hauptgruppe. Das bedeutet, dass ein Sauerstoffatom 6 Außenelektronen besitzt. Ich möchte jetzt das Symbol für das Sauerstoffatom O, durch die 6 Außenelektronen kennzeichnen. Wir erkennen sofort, dass die Oktettregel weder für das Magnesiumatom, noch für das Sauerstoffatom erfüllt wird. Daher wird auch von keinem der beiden Atome eine Edelgaskonfiguration erreicht. Aus den Erfahrungen, die wir in den letzten Videos gesammelt haben, wissen wir, dass Edelgaskonfigurationen durch die Herausbildung gemeinsamer Elektronenpaare erreicht werden können. Versuchen wir es doch einmal mit einer elektronischen Formel wie dargestellt. 3 Elektronenpaare befinden sich am Sauerstoffatom und das vierte Elektronenpaar ist ein gemeinsames Elektronenpaar zwischen dem Magnesiumatom und dem Sauerstoffatom. Im Ergebnis ist das Sauerstoffatom froh und guter Dinge, denn die Oktettregel wird für das Sauerstoffatom erfüllt. Das Magnesiumatom hingegen verfügt nur über 2 Außenelektronen, nämlich die beiden aus dem gemeinsamen Elektronenpaar. Damit wird die Oktettregel für das Magnesiumatom nicht erfüllt. Somit ist die hier dargestellte Struktur eines Teilchens Magnesiumoxid falsch! Erproben wir einen anderen Strukturvorschlag. Alle Außenelektronen, die vom Magnesiumatom und vom Sauerstoffatom geliefert werden, befinden sich jetzt ausschließlich am Sauerstoffatom. Das Symbol des Sauerstoffatoms mit seinen jetzt 8 Außenelektronen möchte ich zusätzlich in eine quadratische Klammer einschließen. Damit möchte ich ganz klar unterstreichen, dass sich die Außenelektronen nun nicht mehr am Magnesiumatom befinden. Die Zweielektronenregel für das Sauerstoffteilchen ist nun erfüllt. Auch wird die Oktettregel eingehalten und es besitzt schließlich Edelgaskonfiguration. Die gleiche elektronische Struktur wie das Neonatom. Das Sauerstoffteilchen verfügt nun über 8 Außenelektronen. Zwei Außenelektronen mehr, als ein Sauerstoffatom besitzt. Damit haben wir jetzt ein zweifach, negativ geladenes Sauerstoffion. Wie sieht das nun mit dem Magnesiumteilchen aus? Das Bild zeigt uns, dass es offensichtlich gar keine Außenelektronen mehr hat. Daher können wir also gar keine Aussagen mehr über die Erfüllung der einzelnen Regeln machen. Vielleicht können wir die Situation aber noch retten. Ich versuche ein Mal, die Sachlage unten links an einem Energieniveaudiagramm zu verdeutlichen. Ich möchte hier die Besetzung der ersten 3 Schalen des Magnesiumatoms mit Elektronen vorführen. Wir beginnen mit der erste Schale. Wasserstoff und Helium. Wir zählen weiter, in der zweiten schale. Lithium, Berölium, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Flur, Neon. Und schließlich in der dritten Schale Natrium, Magnesium. Die illustrierte Struktur ist die elektronische Struktur der ersten 3 Schalen des Magnesiumatoms. Was ist nun geschehen? In der 3. Schale befinden sich die Außenelektronen des Magnesiumatoms. Es sind 2 an der Zahl. Nach unser Darstellung wurden beide an das Sauerstoffatom abgegeben. Damit verfügt das Magnesiumatom in der 3. Schale über keinerlei Außenelektronen mehr. Wenn es in der 3. Schale aber keine Elektronen mehr gibt, dann wird die 2. Schale zur Außenschale und somit wird es eine komplette 8er Schale. Die Oktettregel wird erfüllt. Das Teilchen erwirbt Edelgaskonfigutaion, denn es hat jetzt die elektronische Struktur des Neonatoms erreicht. Das Magnesiumatom hat 2 Elektronen abgegeben. Es hat sich aus einem neutralen Atom in ein 2-fach, positiv geladenes Magnesiumion umgewandelt. Magnesiumoxid ist eine ionische Verbindung, denn es wird aus einzelnen Ionen, positiven und negativen Ionen aufgebaut. Bei derartigen chemischen Verbindungen ist stets Vorsicht bei der Verwendung von Lewisformeln geboten. Als finalen Schritt möchte ich noch die wirkliche Lewisformel für ein Teilchen Magnesiumoxid darstellen. Dafür werden die einzelnen Elektronenpaare durch Wallenzstriche ersetzt. Wir erhalten jetzt  die richtige Wallenzstrich-Schreibweise. So, das wär es für heute. Immer daran denken: Vorsicht bei der Verwendung von Lewisformeln bei Ionen Verbindungen. Ich wünsche Euch alles Gute. Bis zum Wiedersehen und Wiederhören. Tschüss.

1 Kommentar
1 Kommentar
  1. Etwas weniger Hochdeutsch würde den Videos gut tun;-)...ansonsten alles supi

    Von Martinklampfl, vor fast 13 Jahren