Chlor und Natrium reagieren miteinander unter starker Energieabgabe. Natrium gibt dabei ein Elektron an ein Chloratom ab. Die einfach geladenen Ionen lagern sich zu einem Ionengitter, dem Kochsalzkristall zusammen.
Oxidation: Na → Na+ + e-
Reduktion: Cl2 + 2e- → 2Cl-
Gesamt: 2Na + Cl2 → 2Na+ + 2Cl- → 2NaCl
Einen genaueren Aufschluss über die Vorgänge bei dieser Reaktion gibt der Born/Haber Kreislauf:
Beim Zusammenführen zweier sich im Gaszustand befindlichen positiven bzw. negativen Ionen zu einem Kristallgitter wird die Gitterenergie frei. Bei der Bildung von Natriumchlorid beträgt diese freiwerdende Energie zum Beispiel 788kJ/mol.
1) Ein Mol festes Natrium wird verdampft. Dafür wird Energie vom Natrium aufgenommen: Sublimationsenthalpie (Energiezugabe: 108kJ/mol).
2) Einen halbes Mol Chlorgasmoleküle wird zu einem Mol Chlor-Atome umgesetzt. Dafür wird Energie vom Chlor aufgenommen: Dissoziationsenergie (Energiezugabe: 122kJ/mol).
Die Dissoziationsenergie ("Zerlegungsenergie") entspricht dem Wert der Bindungsenergie, die bei der Bindung der Chloratome zu Molekülen frei wurde.
3) Die Natrium-Atome geben Elektronen ab und werden zu Natrium-Ionen ionisiert. Dafür wird Energie vom Natrium aufgenommen: Ionisierungsenergie (Energiezugabe: 496kJ/mol).
4) Die Cl-Atome nehmen Elektronen unter Bildung von Cl—Ionen auf, wobei Energie frei wird: Elektronenaffinität (Energieabgabe: -349kJ/mol).
5) Die Ionen werden aus dem Gaszustand in ein festes Ionengitter zusammengefügt, wobei der größte Anteil der Energie frei wird: Gitterenergie (Energieabgabe: -788kJ/mol).
Rechnet man nun die Summe der freiwerdenden Energie minus der Summe der eingesetzten Energie, so erhält man eine Bildungsenthalpie von -411kJ/mol. Die Bildung von Natriumchlorid liefert also Energie.
Die meiste Energie entsteht in dieser Reaktion durch das Zusammenlagern zu einem Ionengitter. Der neue Kristallgitterzustand ist für die Ausgangsmaterialien Chlor und Natrium energetisch günstiger. Um sie aus diesem Zustand in ihren Ursprungszustand zurück zu bewegen, müsste die gleiche Menge Energie, die bei der Bildung frei wurde wieder hinzugefügt werden. Aus dieser Energiebetrachtung lässt sich nun erkennen, warum das Natrium im Versuch zuerst erhitzt werden muss: Zur Reaktion von Natrium und Chlor müssen sich die Natriumatome im Gaszustand befinden.
Erhitzt man Natrium in einer Chloratmosphäre reagieren einige Chloratome mit gasförmigem Natrium und geben Energie frei. Diese Energie fördert das weitere verdampfen des Natriums und erzeugen so eine Kettenreaktion. Diese kann aber auch durch die Zugabe von ein wenig Wasser auf das Natrium ausgelöst werden. Durch die Reaktion wird Energie frei, die das Natrium zum schmelzen bringt. Nun wiederholt sich eben beschriebener Prozess und die Reaktion gerät in Gang. Das Reaktionsprodukt (oder besser: Die Chloridionen) kann aus wässriger Lösung mit Silbernitrat nachgewiesen werden.
