Universität Regensburg
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- Hertha Kästner
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1 Universität Regensburg akultät für Chemie und Pharmazie Institut für Anorganische Chemie Prof. Dr. R. Winter Regensburg Musterlösungen Übung erechnen Sie die Standardbildungsenthalpien von Mg 2 und hypothetischem Mg und Mg 3. Woran liegt es, dass Mg 2 die günstigste Standardbildungsenthalpie aufweist? Angaben dazu: Ionisierungsenergien des Magnesiums: ,7 kj/mol; ,7 kj/mol; ,8 kj/mol; Sublimationsenergie des Mg: 147 kj/mol; indungsdissoziationsenergie des 2 Moleküls: 158 kj/mol; Elektronenaffinität des Atoms: 334 kj/mol; (geschätzte) Gitterenergie der Salze: Mg: 900 kj/mol; Mg 2 : 2961 kj/mol; Mg 3 : 5900 kj/mol. Mg 2 : Mg 2 (g) 2 (g) Mg 2 (g) 2 (g) H o diss, ( 2 ) 2 EA() Mg 2 (g) 2 (g) I 2 Mg(g) 2 (g) Mg(s) 2 (g) Mg 2 (s) H o f H o sub (Mg) I 2 H o diss ( 2 ) 2 EA() = 0 H o f = H o sub (Mg) I 2 H o diss ( 2 ) 2 EA() = 147 kj/mol 737,7 kj/mol 1450,7 kj/mol 158 kj/mol 2 (334 kj/mol) ( 2961 kj/mol) = 1135,6 kj/mol. 1
2 Mg: Mg (g) (g) Mg (g) 1/2 2 (g) 1/2 H o diss, ( 2 ) EA() Mg (g) (g) Mg (g) 1/2 2 (g) Mg (s) 1/2 2 (g) Mg(s) H o f H o sub (Mg) 1/2 H o diss ( 2 ) EA() = 0 H o f = H o sub (Mg) 1/2 H o diss ( 2 ) EA() = 147 kj/mol 737,7 kj/mol 1/2 (158 kj/mol) (334 kj/mol) (900 kj/mol) = 270,3 kj/mol. Geringeres H o f, da der Verlust an Gitterenergie und Elektronenaffinität die geringere indungsdissoziationsenergie und die 2. Ionisierungsenergie übersteigt; wichtigste eiträge sind allerdings Gitterenergie und 2. Ionisierungsenergie. Anmerkung: Der aktor 1/2 bei der indungsdissoziationsenergie resultiert daraus, dass pro Mol Mg nur ein halbes Mol 2 in Atome gespalten werden muss! 2
3 Mg 3 : Mg 3 (g) 3 (g) Mg 3 (g) 3/2 2 (g) 3/2 H o diss, ( 2 ) 3 EA () Mg 3 (g) 3 (g) I 3 I 2 Mg (g) 3/2 2 (g) Mg (s) 3/2 2 (g) Mg 3 (s) H o f H o sub (Mg) I 2 I 3 3/2 H o diss ( 2 ) 3 EA() = 0 H o f = H o sub (Mg) I 2 I 3 3/2 H o diss ( 2 ) 3 EA() = 147 kj/mol 737,7 kj/mol 1450,7 kj7mol 7732,8 kj/mol 3/2 (158 kj/mol) 3 (334 kj/mol) (5900 kj/mol) = 3403,2 kj/mol. Hochgradig ungünstig, da die sehr hohe 3. Ionisierungsenergie des Mg nicht durch eine entsprechende Zunahme an Gitterenergie kompensiert wird. Anmerkung: Der aktor 3/2 bei der indungsdissoziationsenergie resultiert daraus, dass pro Mol Mg 3 1,5 Mole Mol 2 in Atome gespalten werden müssen. 3
4 2. erechnung von M(aS 4 ): M(aS 4 ) = M(a) M(S) 4 M() = 233,39 g/mol. 1,167 g entsprechen dann 1,167 g / 233,39 g mol 1 = 0,005 mol. 2 Eine ormeleinheit KAl(S 4 ) 2 12 H 2 enthält zwei S 4 Ionen, setzt also bei 2 Dissoziation zwei S 4 Ionen frei. Demnach ist n(kal(s 4 ) 2 12 H 2 ) nur halb so groß wie n(as 4 ), also 0,0025 mol. erechnung von M(KAl(S 4 ) 2 12 H 2 ): M(KAl(S 4 ) 2 12 H 2 ) = M(K) M(Al) 2 M(S) 20 M() 24 M(H) = 474,38 g/mol. 0,025 mol KAl(S 4 ) 2 12 H 2 wiegen demnach 0,025 mol 474,38 g/mol = 1,186 g; diese waren in der wässrigen Lösung enthalten. 3. Geben Sie für die folgenden Moleküle jeweils mehrere Lewisormeln an. Welche ist Ihrer Meinung nach am ehesten zutreffend? a) C; b) ; c) 2 d) 3 (Azidion). a) C C rechte Resonanzstruktur ist weniger günstig; C erreicht nur 6 VE (Sextett) b).. beide Resonanzstrukturen sind ähnlich günstig c).... Alle Resonanzstrukturen sind in ihrer Energie ähnlich d) 2 "Qualität" der Mesomere nimmt von links nach rechts ab; Mitte: ein Atom hat nur Sextett; Rechts: ein Atom trägt zwei negative ormalladungen 4
5 4. 3 ist eine typische Elektronenmangelverbindung, bei der das oratom formal nur ein Elektronensextett erreicht. Experimentell beobachtet man, dass die Abstände in dem trigonal planar gebauten Molekül deutlich kürzer als die Summe der Atomradien sind (s. Übung 4) Erklären Sie diesen efund anhand geeigneter Lewis ormeln. Im 3 Molekül haben die polaren Resonanzstrukturen mit einer = Doppelbindung und einer negativen ormalladung am oratom sowie einer positiven ormalladung an dem Atom, welches die = Doppelbindung ausbildet, große edeutung, da dann alle Atome (auch das Atom!) ein ktett erreichen. Da alle drei Atome identisch sind, weist jede der indungen eine indungsordnung von ca. 1 1/3 auf, was zu der beobachteten Verkürzung der indung gegenüber der Summe der kovalenten Radien für ein und ein Atom führt (die kovalenten Atomradien sind hier für Element bzw. Element Einfachbindungen definiert). 5. Die Radikale und 2 (s. Aufgabe 3, je ein ungepaartes e ) bilden unter Druck bzw. bei tiefer Temperatur Dimere (d. h. Moleküle, die aus zwei Einzelmolekülen bestehen) der Zusammensetzungen 2 2 (aus ) bzw. 2 3 (Mischung aus und 2 ) bzw. 2 4 (aus 2 ) mit jeweils sehr langer indung. a) Geben Sie jeweils eine Lewisormel für jedes dieser Moleküle an. b) Warum ist wohl die Tendenz dieser Radikale zu Dimerisierung unter Paarung der ungepaarten Spins vergleichsweise gering ausgeprägt? Im monomeren bzw. 2 ist das ungepaarte Elektron über zwei () bzw. drei ( 2 ) Atome mehr oder minder gleichmäßig verteilt (delokalisiert), damit ist die Spindichte (d. h. die Konzentration des ungepaarten e ) am Atom relativ gering. Dies steht der Dimerisierung im Weg. Im 2 4 kommt noch die direkte achbarschaft der Atome mit jeweils positiver ormalladung hinzu. 5
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