HAW Hamburg Fachbereich HWI Hamburg, Prof. Dr. Badura B. Hamraz, O. Zarenko, M. Behrens. Chemie Testat 2. Name: Vorname: Matrikelnummer:

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1 Chemie Testat 2 Name: Vorname: Matrikelnummer: Bearbeitungszeit: 1 Stunde Zugelassene Hilfsmittel: Stifte, unbeschriebenes Papier, ein nichtprogrammierbarer Taschenrechner und ein Periodensystem Bitte nur Vorderseiten beschreiben!! Bitte geben Sie den vollständigen Lösungsweg an!!! 1 a) Geben Sie die Aussage des ersten Bohr'schen Postulats wieder. Was sagt das zweite Bohr'sche Postulat aus? Erläutern Sie Pauli-Prinzip und Hund'sche Regel; erläutern Sie die Wirkung dieser Grundsätze. b) Was sind Isotope, was sind Ionen? (Zusammenhang Massenzahl, Ordnungszahl, Kernladungszahl etc.!!!) 2. Die homologen Elemente Kohlenstoff und Silizium bilden die stabilen Oxide CO2 und SiO2. Erläutern Sie die Struktur der Oxide und erklären Sie aus dieser Struktur die physikalischen Eigenschaften der Oxide! Gehen Sie vom Grundzustand des Zentralatoms aus, und entwickeln Sie daraus die Struktur. Geben Sie an, welche und wie viele Bindungen am Aufbau der Moleküle beteiligt sind und in welchem Winkel diese zueinander stehen. 3. In einem Mineral wurde ein Verhältnis von 30 Atomen U zu 915 Atomen Pb zu ein Atom Pb gemessen. In uranfreien Bleierzen findet man die stabilen Isotope Pb und Pb im Mengenverhältnis 17 zu 1. Wie alt ist das Mineral? (die Zerfallskonstante von U ist k = 1,551 * a -1 ) 4. Ein Element X bildet mit Phosphor die Verbindung [PX 4 ] [PX 6 ] mit 14,87 % P und 85,13 % X. a) Welche relative Atommasse hat X? b) Um welches Element handelt es sich? c) Benennen Sie die Verbindung nomenklaturgerecht. 5. Berechnen Sie folgende Wellenlängen in nm: a) Von einem Elektron, das auf einer Bohrschen Bahn im Wasserstoffatom mit der Geschwindigkeit 2,19 * 10 6 m/s fliegt. (m e = 9,11 * g). b) Von einem Quant des roten Lichts der Energie 2,84 * J. 6. a) Zeigen Sie, dass ein Massenverlust von 1u der Enegie 932 MeV entspricht. b) Leiten Sie eine Formel zur Berechnung von R her, wenn R = 13,6 ev bekannt ist und berechnen Sie die Wellenlänge bei einem Elektronenübergang von Bahn 3 auf Bahn 2 des Wasserstoffatoms. N A = 6, mol 1eV = 1, J 6 m 34 c = h = 6,63 10 Js R = 13, 6eV s

2 Lösungen 1. a) 1. Bohrsches Postulat Elektronenbahnen sind nur stabil, wenn erfüllt ist: mvr2π = nh 2. Bohrsches Postulat Der Übergang eines Elektrons von einer erlaubten Bahn auf eine andere ist mit einer Energieänderung (z.b. Aufnahme oder Abgabe eines Lichtquants) verbunden. Pauli-Prinzip: Ein Atom darf keine Elektronen enthalten, die in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen. Jedes Orbital kann nur mit zwei Elektronen entgegen gesetzten Spins besetzt werden. Hund Regel: Die Orbitale einer Unterschale werden so besetzt, dass die Zahl von ungepaarten Elektronen (parallelen Spins) maximal wird. Auswirkungen auf das Bindungsverhalten von Atomen: N hat dadurch 3 freie Elektronen statt einem. b) Isotope: Atome des gleichen Elements und daher gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massen- und Neutronenzahl. Ion: Elektrisch geladenes Teilchen, also Molekül oder Atom. Die Ladung entsteht durch eine unterschiedliche Elektronenzahl bei konstanter Protonenzahl gegenüber dem ungeladenen Zustand e - -Überschuss: negativ, e - -Defizit: positiv

3

4 3. Wie alt ist das Mineral? Aus dem Mengenverhältnis von Pb zu Pb in uranfreien Erzen schließen wir, dass unser Mineral anfangs 17 Atome Pb pro Atom Pb enthielt. Von den gefundenen 915 Pb - Atomen sind demnach (915 17) = 898 Atome Pb durch den radioaktiven Zerfall entstanden. Jedes dieser Atome ist aus einem U -Atom entstanden. Als das Mineral entstand waren deshalb N 0 = = 4818 Atome U vorhanden. Mit der verbliebenen Zahl von N = 30 Atomen U berechnen wir mit der Gleichung: 1 N Atome 9 t = ln = ln = 1, Jahre 10 1 k N 1, a 30 Atome

5 4. Aus der Analyse und dem Molverhältnis P : X = 1 : 5 folgen die Gleichungen n(p) = m(p)/m(p) = 14,87g/30,97g/mol = 0,48 mol 5 n(p) = 5 * 0,48 mol = 2,4 mol Man erhält: 85,13 g g M ( X ) = = 35, 46 Chlor 2,4mol mol Da die molaren Massen von Atomen und Molekülen und die relativen Atom- und Molekülmassen identische Zahlenwerte haben ist Ar(X)=35,46 X = Chlor, Verbindung: [PCl 4 ] [PCl 6 ] Name: Tetrachlorophosphor (V) hexachlorophosphat (V) 5a) λ = h/ (m*v) = 6,63 *10-34 /( 9,11 * * 2,19 * 10 6 ) = 0,332 nm b) E = h * f = h* c/λ λ = h * c/e = 700 nm 6a) m=1u = 1g/ N A = 0,001kg/ N A E = m *c 2 [J] E = m *c 2 / e [ev] b) E = h * v = h * c/λ =R (1/n 1 1/n 2 ) 1/λ = R/(h * c)* (1/n 1 1/n 2 ) = R (1/n 1 1/n 2 ) R = R / ( h * c ) 1/λ = R/(h * c)* (1/n 1 1/n 2 ) = ,6 1/m λ = 656,3 nm

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