de ionbinding - Homepages of UvA/FNWI staff

Verkeerd begrip in chemische
binding: de ionbinding
Nogal wat onderwerpen binnen de scheikunde vinden leerlingen lastig. Leerlingen begrijpen veel onderwerpen niet goed. Er is veel onderzoek gedaan naar misconceptions in de scheikunde. Barke (2009)
heeft er zelfs een boek over geschreven.
In dit artikel komen misconceptions in de ionbinding aan de orde.
Jan de Gruijter / Fontys Lerarenopleiding Tilburg
Maar eerst wat lastige vragen, waar
leerlingen lang niet altijd een goed antwoord op geven.
U wel?
Vraag 1. Bij een ionbinding is een elektron van het kation overgedragen aan
het anion. Waar of onwaar?
Vraag 2. Atomen streven naar een gevulde buitenste schil. Waar of onwaar?
Vraag 3. Bij de vorming van O2- uit elementaire zuurstof (O) komt energie vrij.
Waar of onwaar?
Vraag 4. De vorming van een edelgasconfiguratie is de drijvende kracht achter de
ionbinding. Waar of onwaar?
Had u alle vragen goed beantwoord?
De goede antwoorden en het commentaar staan aan het eind van het artikel.
Maar kijkt u daar pas straks naar. Lees
eerst even door.
Soms vindt u het commentaar misschien wat gezocht, maar leerlingen
willen graag een goed begrip van ionbinding krijgen. Als wij als docenten slordig
zijn in ons taalgebruik, raken leerlingen
in de war. Uiteraard willen we dat niet.
In tabel 1 zijn enkele verkeerd begrepen
concepten opgenomen met daarbij een
betere formulering.
Commentaar
Ad 1. Het is best te begrijpen dat u een
keer in de les zegt dat een ion streeft
naar een volle buitenste schil, maar het
is beter te laten zien dat edele gassen
weinig reactief zijn en dat atomen die
in het periodiek systeem in de buurt
van dat edele gas staan als ionen vaak
dezelfde elektronenconfiguratie hebben
als dat edele gas. Het kost meer woorden,
maar het klopt beter.
385
Tabel 1. Enkele verkeerd begrepen concepten bij ionbinding.
In veel artikelen wordt afgeraden om
een woord ‘streven’ te gebruiken omdat
een dergelijk woord suggereert dat
atomen menselijke eigenschappen vertonen, terwijl atomen onderhevig zijn
aan de natuurkundige wetten die wij
langzamerhand volledig door beginnen
te krijgen.
Ad 2. Bij ionbinding blijven de ionen
bij elkaar omdat de resultante van de
elektrostatische krachten – de aantrekking tussen de ongelijk geladen ionen en
de afstoting van de gelijk geladen ionen
– positief is: er is aantrekking. Bij ionen
spreken we over coulombkrachten.
In de les wordt nogal eens de ionbinding
gekoppeld aan de vorming van ionen.
Daarbij tekenen leerlingen de betreffende atomen, wisselen elektronen uit en
tekenen de ionen. Dat hele proces wordt
bij leerlingen opgeslagen als ionbinding.
Misschien is het beter om de ionbinding
te benaderen vanuit de vorming van een
neerslag, bijvoorbeeld de vorming van
natriumchloride uit een pekeloplossing.
Er zijn al natrium- en chloride-ionen en
die ionen vormen samen een zout. Het
verkeerde concept dat ionbinding met
elektronenoverdracht te maken heeft,
treedt dan niet op.
Ad 4. Een zout zoals natriumchloride
heeft een ionrooster. Leerlingen heb-
oktober 2013
NVOX
Het ionrooster van natriumchloride.
386
ben er moeite mee zo’n structuur op te
vatten als een soort polymeer. Dat een
natriumion elektrostatisch gebonden is
aan de omringende chloride-ionen en
dat die bindingen gelijkwaardig zijn, ook
daar hebben ze vaak problemen mee.
Het gaat om aantrekking tussen tegengesteld geladen deeltjes en die aantrekking
is in alle richtingen even groot.
Ad 5. Een ion alleen is niet stabiel;
ionen kunnen slechts bestaan als er
tegengesteld geladen ionen in de buurt
zijn. De ionisatie van Na kost energie
(+ 500 kJ. mol-1) en de elektronenaffiniteit van Cl bedraagt -364 kJ. mol-1. Door
het ontstaan van het zout NaCl komt er
in het totale proces energie vrij want de
rooster­energie is groot (-781 kJ. mol-1).
Antwoorden op waar-onwaar
vragen
Ze zijn alle vier onwaar! Hopelijk maakt
u ze goed nu u het artikel geheel hebt
doorgenomen.
Toch nog wat commentaar.
Vraag 1 is hierboven al uitgebreid beantwoord. Nog even kort: ionbinding en de
vorming van ionen uit atomen dienen
nadrukkelijk gescheiden te blijven.
Bij vraag 2 nog wel even de opmerking
dat een atoom niet streeft. Gebruik zulke
formuleringen niet in de klas.
Vraag 3 behoeft nog wat commentaar.
De elektronenaffiniteit van O, waarbij
O- ontstaat, bedraagt -141,4 kJ. mol-1, maar
die van O-, waarbij O2- ontstaat, is + 790,8
kJ. mol-1. Dus de vorming van O2- kost
veel energie! Als er bijvoorbeeld MgO
wordt gevormd, komt er in het totale pro-
De vorming van O2kost energie!
ces wel energie vrij want de roosterenergie van MgO bedraagt -3933 kJ. mol-1.
Vraag 4. De edelgasconfiguratie of de
oktetregel mag u gebruiken, maar weet
de beperking (zie tabel 1). De vorming
van een ion en de ionbinding dient u
nadrukkelijk van elkaar te onderscheiden. Te vaak blijkt uit onderzoek dat
leerlingen dat direct aan elkaar koppelen
en daardoor een verkeerd begrip hebben
wat ionbinding betreft.
Aanbevelingen:
• Focus u bij ionbinding op elektrostatische krachten in het rooster, eerder
dan op ionvorming;
• Maak duidelijk onderscheid tussen
ionvorming en elektronenoverdracht
en ionbinding;
• Laat zien dat ionen in een rooster bindingen hebben in alle richtingen;
• Maak duidelijk onderscheid tussen de
vorming van een ion met een edelgasconfiguratie (oktetregel) en de vorming van een ionbinding.
Er valt nog veel meer te zeggen over verkeerde begripsvorming in ionbinding.
Hopelijk helpt dit artikel u bij uw uitleg.
Voor reactie: [email protected].
Met dank aan Kelly Stelwagen en Guido
Mollen voor hun commentaar.
Literatuur
Özmen, H. (2004). Some Student Misconceptions in Chemistry: A Literature
Review of Chemical Bonding. Journal of
Science Education and Technology, 2(13),
147-159.
Barke, H., Hazari, A. en Yitbarek, S.
(2009). Misconceptions in Chemistry.
Berlijn: Springer.
Taber, K.S. (1994). Misunderstanding the
ionic bond. Education in Chemistry. 91-92,
100-102.
Illustratie rooster natriumchloride:
Wikipedia.
Kleintje wetenschap
“Zeespiegel daalt door
smeltend poolijs”
Het smelten van de ijskappen veroorzaakt op sommige plekken een daling
van de zeespiegel, in plaats van een
stijging. De Nederlandstalige editie van
New Scientist maakte een inventarisatie
van recent onderzoek naar het gedrag
van de oceanen. Als het ijs van Groenland smelt, blijkt uit de onderzoeken,
verdeelt het water zich niet gelijkmatig over de oceanen. Hoewel gemiddeld
genomen de zeespiegel wereldwijd
stijgt, verwachten onderzoekers voor
sommige gebieden juist een enorme
daling.
NVOX
oktober 2013
De daling treedt vooral op in gebieden die relatief dichtbij de Noordpool
of Zuidpool liggen. Rond IJsland kan
de zeespiegel meer dan tien meter
zakken. Voor de noordelijke kust van
Schotland zou dat drie meter zijn.
De verklaring ligt in het feit dat
ijskappen nu nog zo enorm groot zijn
dat ze met hun zwaartekracht water
aantrekken. Wanneer de ijskappen
smelten, verdwijnt deze aantrekkingskracht – met als gevolg dat het
zeewater zich terugtrekt. Bovendien
‘veert’ het land onder de ijskap naar
boven, als het gewicht van de alsmaar
smeltende ijskap afneemt.
De voorspellingen worden onder
meer gesteund door geologen van de
TU Delft en ecologen van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der
Zee (NIOZ). Zij verwachten echter
dat de Nederlandse kustgebieden niet
moeten rekenen op een zeespiegeldaling, omdat ons land te ver van de
Noordpool ligt. Als het ijs van zowel
Groenland als Antarctica smelt, kan
de Nederlandse kust zich opmaken
voor de gemiddelde zeespiegelstijging
van ongeveer 3,5 meter.
n Bron: Persbericht Veen Media. U kunt de
pdf van het artikel Hoog en droog opvragen bij [email protected]