Übungsaufgaben zum Atomaufbau und Periodensystem mit Lösungen

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1 Allgemeine und Anorganische Chemie Übungsaufgaben zum Atomaufbau und Periodensystem mit Lösungen Aufgabe 1: Welche der folgenden Aussagen trifft für alle Atome, einschließlich des Wasserstoffatoms, zu? Sie enthalten im Kern immer die folgenden Elementarteilchen: o ein oder mehrere Protonen o ein oder mehrere Neutronen o ein oder mehrere Elektronen o Neutronen und Protonen o Neutronen und Protonen im Zahlenverhältnis 1:1 Atomkerne bestehen in der Regel aus Protonen und Neutronen. Die einzige Ausnahme ist das Wasserstoffatom, dessen Kern ausschließlich aus einem Proton besteht. Da in die Frage der Wasserstoff explizit eingeschlossen wurde, trifft die Aussage, dass alle Atomkerne Protonen und Neutronen enthalten, nicht zu. Aufgabe 2: Die chemischen Eigenschaften eines Elementes werden vor allem bestimmt durch o die Zahl der Valenzelektronen. o die Zahl der Nukleonen. o den Atomradius. o die Siede- und Schmelzpunkte. o den Anteil natürlicher Isotope. Als Valenzelektronen bezeichnet man Elektronen, die sich in der jeweils äußeren Schale (Valenzschale) eines Elementes befinden. Die chemischen Eigenschaften eines Elementes werden zum großen Teil durch die Zahl seiner Valenzelektronen bestimmt. Aufgabe 3:

2 Welche Aussage trifft zu? Stets positiv geladen sind: o Elektronen o Ionen o Neutronen o Keine der Aussagen trifft zu. Keine der unter (A) bis (D) genannten Antworten ist richtig. Aufgabe 4: Für die Isotope eines Elementes gilt: (1) Isotope besitzen die gleiche Zahl von Nukleonen. (2) Isotope besitzen eine unterschiedliche Zahl von Neutronen. (3) Da jeweils nur ein Isotop stabil ist, ist ein Gemisch von Isotopen stets radioaktiv. o nur (1) ist richtig o nur (2) ist richtig o nur (1) und (2) sind richtig o nur (1) und (3) sind richtig o nur (2) und (3) sind richtig Isotope sind Kerne mit gleicher Kernladungszahl (Protonenzahl) und unterschiedlicher Zahl von Neutronen. Von vielen Elementen existieren mehrere stabile Isotope (z.b. 35 Cl, 37 Cl für Chlor). Das führt in Abhängigkeit vom natürlichen Mischungsverhältnis der Isotope in vielen Fällen zu gebrochenen Zahlen für die Atommassen, z.b. 35,45 für Chlor Aufgabe 5: Die Nuklide Tritium 3 H und Helium 3 He (1) haben die gleiche Zahl von Nukleonen. (2) sind Isotope. (3) besitzen eine unterschiedliche Zahl von Elektronen.

3 o nur (1) ist richtig o nur (3) ist richtig o nur (1) und (2) sind richtig o nur (1) und (3) sind richtig o nur (2) und (3) sind richtig Die Summe der Nukleonen in 3 H (Tritium) und Helium 3 He ist gleich. Bedingt durch die unterschiedliche Protonenzahlen (Ordnungszahlen), gehören die Nuklide zu unterschiedlichen chemischen Elementen. Ihre Elektronenhüllen enthalten deshalb unterschiedlich viele Elektronen ( 3 H: 1 Elektron, 3 He: 2 Elektronen). Aufgabe 6: Welche Aussagen treffen zu? Die natürlichen Isotope des Kohlenstoffs sind 12 C, 13 C und 14 C (radioaktiv). o Das Isotop 12 C hat die Atommasse 12,000. o Alle Kohlenstoffisotope haben 6 Protonen im Kern. o Alle Kohlenstoffisotope haben die Elektronenkonfiguration 1s 2 2s 2 2p 2. o Die Kohlenstoffisotope unterscheiden sich in der Neutronenzahl. Alle Kohlenstoffisotope besitzen sechs Elektronen. Da chemische Umsetzungen, auch solche mit Enzymen, Reaktionen der Elektronenhüllen sind, gibt es keine Unterschiede in der Reaktivität zwischen den Isotopen. Aufgabe 7: Was besagt die Feststellung, dass das Natriumisotop 23 Na die relative Atommasse 23 hat? Das Natriumatom hat das 23-fache der Masse des Wasserstoffmoleküls. o Das Natriumatom hat das 23-fache der Masse des zwölften Teils des Kohlenstoffs. o Das Natriumatom hat das 23-fache der Masse des zwölften Teils des Kohlenstoffisotops 12 C. o Es muss die Dimensionsangabe "Gramm" zugefügt werden. o Keine der vorstehenden Angaben trifft zu.

4 Die relative Atommasse gibt an, wieviel mal größer die Masse eines Atoms als der 12. Teil der Masse des Kohlenstoffatoms 12 C ist. Relative Atommassen beziehen sich immer auf den zwölften Teil der Masse des Kohlenstoffisotops 12 C. Aufgabe 8: Welche Aussagen sind richtig? Die Elemente einer Periode des Periodensystems o haben ähnliche Eigenschaften. o unterscheiden sich in der Elektronegativität. o stimmen in der Zahl der Valenzelektronen überein. o stimmen in der Ordnungszahl überein. o sind alle Nichtmetalle. Innerhalb einer Periode (waagerechte Zeile im Periodensystem) nimmt die Elektronegativität von links nach rechts zu. Aufgabe 9: Welche Aussage trifft nicht zu? Für die Beschreibung eines Orbitals spielen folgende Begriffe eine Rolle: o negative Ladungswolke o Ionisierungsenergie o Elektronendichteverteilung o räumliche Symmetrie einer Ladungswolke o Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons Als Ionisierungsenergie wird der Energiebetrag bezeichnet, der zur Loslösung des am lockersten gebundenen Elektrons benötigt wird. Für die Beschreibung von Orbitalen, die Räume für die höchste Aufenthaltswahrscheinlichkeit von Elektronen beschreiben, spielt dieser Begriff keine Rolle. Aufgabe 10:

5 Das Periodensystem der Elemente erhält man, wenn man o die Elemente nach steigender Atommasse ordnet. o die Elemente nach steigender Elektronenzahl = Kernlandungszahl anordnet. o die Elemente nach steigendem Atomdurchmesser anordnet. o die Elemente nach der Elektronegativität ordnet. o Ein geeignetes der unter A D genannten Ordnungsprinzipien wählt und zusätzlich chemisch ähnlich reagierende Elemente zu Gruppen zusammenfasst. Keines der aufgeführten Kriterien ist richtig. Das PSE wird nach steigender Protonenzahl (entspricht der Elektronenzahl aufgrund Neutralitätsregel). Aufgabe 11: Prüfen Sie die folgenden Aussagen zum Periodensystem! (1) Die Elemente sind ohne Ausnahme nach steigenden Atommassen geordnet. (2) Die Elemente sind ohne Ausnahme nach steigender Kernladungszahl geordnet. (3) In den Hauptgruppen sind chemisch verwandte Elemente zusammengefasst. (4) Innerhalb einer Periode nimmt die Elektronegativität von links nach rechts ab. (5) Bei den Nebengruppenelementen werden innere Elektronenschalen aufgefüllt. o nur (1) und (3) sind richtig o nur (2) und (4) sind richtig o nur (2), (3) und (5) sind richtig o nur (3), (4) und (5) sind richtig o (1) - (5) sind alle richtig Im Periodensystem sind die Elemente ohne Ausnahme nach steigender Kernladungszahl geordnet. Die damit verbundene stetige Zunahme der Elektronenzahl (periodische Änderung der Valenzelektronenzahl durch Auffüllung von Schalen) ist die Grundlage für die periodische Änderung der chemischen Eigenschaften der Elemente. Auf Grund dieser periodischen Änderungen lassen sich die Hauptgruppenelemente in 8 Gruppen einteilen.

6 Bei den Nebengruppenelementen werden innere Elektronenschalen aufgefüllt. Aufgabe 12: Welche Aussage trifft nicht zu? Die Elemente einer Hauptgruppe des Periodensystems o haben ähnliche chemische Eigenschaften. o stimmen in der Zahl der Valenzelektronen überein. o stimmen in der Ordnungszahl überein. o unterscheiden sich im Atomradius. o unterscheiden sich in der Elektronenkonfiguration. Die Ordnungszahl eines Elementes ergibt sich aus der Zahl der Protonen im Kern und ist für jedes einzelne Element charakteristisch. Es können also niemals mehrere Elemente in der Ordnungszahl übereinstimmen. Aufgabe 13: Welche Aussagen über Hauptgruppenelemente treffen zu? (1) Es sind alles Metalle. (2) In der äußeren Elektronenschale werden s- bzw. s- und p-orbitale aufgefüllt. (3) Sie stimmen in der Elektronenkonfiguration überein. o nur (2) ist richtig o nur (1) und (2) sind richtig o nur (1) ist richtig o nur (2) ist richtig o nur (2) und (3) sind richtig. Bei Hauptgruppenelementen werden s- bzw. s- und p-orbitale aufgefüllt. Aufgabe 14: Vergleichen Sie das Element X mit der Elektronenkonfiguration 1s 2 2s 2 2p 3 und das Element Y mit 1s 2 2s 2 2p 4!

7 o X und Y sind Metalle. o X ist elektronegativer als Y. o X hat die Ordnungszahl 7. o Y hat Edelgaskonfiguration. Das Element X hat insgesamt 7 Elektronen. Es handelt sich also um das Element Stickstoff. Stickstoff besitzt die Ordnungszahl 7. Für neutrale Atome gilt: Elektronenzahl = Protonenzahl (Kernladungszahl). Aufgabe 15: Welche Aussage trifft zu? Ein Iodatom besitzt gegenüber einem Chloratom o eine unterschiedliche Anzahl Valenzelektronen. o eine höhere Elektronegativität. o einen größeren Atomradius. o eine kleinere Anzahl Protonen im Kern. o eine kleinere Atommasse. Beide Elemente gehören zur 7. Hauptgruppe. Der Atomradius nimmt innerhalb einer Gruppe von oben nach unten zu, da weiter außen liegende Elektronenschalen besetzt werden. Aufgabe 16: Welche Aussage trifft nicht zu? Beim Durchlaufen einer Hauptgruppe des Periodensystems von kleiner zu großer Ordnungszahl o nehmen die Atommassen zu. o nehmen die Atomdurchmesser zu. o nehmen die Elektronegativitäten ab. o nehmen die Ionenradien ab. o nimmt der metallische Charakter der Elemente zu. Die Atomradien (und damit auch die Ionenradien) der Elemente nehmen innerhalb einer Periode ab.

8 Innerhalb einer Hauptgruppe des Periodensystems wird jedoch infolge der Besetzung weiter außen liegender Elektronenschalen eine Zunahme verzeichnet.