Einstieg: Schmelzpunkte

Transkript

1 Aufgabe Nomenklatur 1. Welche Verhältnisformeln ergeben sich für folgende Salze: Lithiumoxid, Natriumsulfid, Bariumsulfid, Magnesiumchlorid, Calciumfluorid? 2. Benenne folgende Salze und ermittle die enthaltenen Ionen: CuCl 2, ZnI 2, FeBr 3, Al 2 O 3, Mg 3 N 2, Ca 3 P 2 3. Wenn Eisen bei einer Oxidation drei Elektronen abgibt und bei der zugehörigen Reduktion Sauerstoff beteiligt ist, wie lautet die Verhältnisformel des entstehenden Salzes? 4. Wenn Al 4 C 3 analysiert wird, wie viele Elektronen werden pro Formeleinheit des Salzes übertragen? 17

2 Einstieg: Schmelzpunkte Was passiert, wenn man drei weisse Haushaltsstoffe extrem erhitzt? Zucker, Mehl, Salz Salze bestehen aus Ionen, die in einem dreidimensionalen Gitter extrem fest zusammen gehalten werden. Schätze die Schmelzpunkte folgender Verbindungen......Kochsalz...Magnesia (zum Geräteturnen eingesetzt)...magnesium (Metall)...Backpulver...Zucker Was kann beim Erhitzen alles passieren? 18

3 Salze bilden Ionengitter Die Ladungen der Ionen wirken nach allen Seiten im Raum gleich. Daher verbinden sich nicht nur je zwei Ionen miteinander, sondern es entsteht ein dreidimensionales Gitter (verschiedene Möglichkeiten). Durch größtmögliche Anziehung entgegengesetzt geladener Ionen und größtmögliche Abstossung gleichgeladener Ionen und in Abhängigkeit von der Größe der Ionen, entstehen unterschiedliche Ionengitter, deren Form 19 auch die Form der Salzkristalle bestimmt.

4 Rekapitulation Bindungslehre - Die Elemente, die im PSE aufgeführt sind, kommen in der Natur fast nie vor, sondern meist in From von. - Innerhalb dieser Stoffgruppe besitzen die Atome einen Zustand, als isoliert. - Die Elektronen der Atome entspricht dann sehr häufig deren der. - Solch einen Zustand können Atome nur einnehmen, wenn sie zusätzliche aufnehmen oder, wobei entstehen können. - Die Ladung dieser Teilchensorte kann aus der der Atomsorte im abgelesen werden. 20

5 Fakten zur Stoffklasse der Salze 1. Salze bezeichnet man auch als...? 2. Die Bestandteile eines Salzes bilden ein...? 3. Dieses Konstrukt besteht aus...? 4. Man bezeichnet diese Teilchen als...? 5. Sie bilden sich durch die Übertragung von...? 6. Die ablaufenden Vorgänge nennt man...? 7. Die Ladung ergibt sich aus der...? 8. Der Namen eines Salzes setzt sich zusammen aus...? Bei der Formel eines Salzes handelt es sich um...?

6 Welche speziellen Eigenschaften hat die Verbindungsklasse der Salze? Welche Rollen spielt die ionische Bindung? Welche Eigenschaften fallen euch ein? 22

7 Der Schmelzpunkt von Salzen Vergleich die Smp. der Salze (links). Welche Rolle könnten die Ionenradien bzw. die Ladung der enthaltenen Ionen spielen? 23

8 Gitterenergien Der Schmelzpunkt von Salzen ist i.d.r. sehr hoch. Er hängt ab von der Gitterenergie. Sie hängt u.a. von der Stärke der Anziehungskraft der Ionen ab, die nach dem Coulomb-Gesetz berechnet wird. 24

9 Eigenschaften von Salzen I 1. Die Kräfte zwischen den Ionen eines Salzgitters sind sehr hoch. Bei der Bildung eines Salzes aus den Elementen wird viel Energie frei. Daher sind die Gitter stabil. Salze haben einen hohen Schmelzpunkt. Smp. NaCl: 801 C MgO: 2800 C Die Ladung und die Grösse von Ionen bestimmt die Gitterenergie und damit den Smp. des Salzes. Je höher die Ladung der Ionen und je näher ihr Ladungsmittelpunkt beieinander, desto besser der Zusammenhalt. Ordne die Smp. Von LiI, NaCl, MgO 2. Salze sind spröde. 25

10 Eigenschaften von Salzen II 3. Salze bestehen aus Ionen, also aus Ladungsträgern. Im festen Zustand sind diese unbeweglich in das Ionengitter eingebaut. Eine Schmelze bzw. eine Lösung eines Salzes enthalten dagegen frei bewegliche Ionen und leiten den elektrischen Strom. 26

11 Elektrolyse Bei der Elektrolyse werden die Umkehrreaktionen der Salzbildung aktiv (also unter Energieverbrauch) erzwungen. Dabei bilden sich die Elemente, aus denen das Salz entstand zurück. Auf diese Weise wird u.a. Chlor aus Kochsalz gewonnen. 27

12 Warum braucht es viel Energie um frei bewegliche Ionen in einer Schmelze zu erzeugen, aber wenig Energie, um Salz in Wasser zu lösen und dabei eine leitfähige Lösung herzustellen? 28

13 Lösen von Salzen Video Gleichung Schülerversuch und Energien Das Lösen von Salzen funktioniert oft schon bei Raumtemperatur. Die Energie, um das Gitter aufzubrechen, muss dabei von irgendwo her kommen. Löse die drei ausgegebenen Salze in etwas Wasser und fühle, ob beim Lösungsvorgang Energie verbraucht wurde oder frei wurde? Wie hängen deine Beobachtungen mit der Ionenladung und dem Ionenradius zusammen? 29

14 Einstieg: Lösen von Salzen - Wie ist das Wasserteilchen aufgebaut? - Wie ist die Ladung im Wasserteilchen verteilt? - Warum ziehen sich die Ionen, die im Wasser gelöst sind, nicht gegenseitig an? - Was passiert, wenn in eine gesättigte Lösung weiteres Salz gegeben wird? - Wie notiert man das Lösen eine Salzes in Wasser mit Hilfe einer Reaktionsgleichung? Ist das Lösen eine chemische Reaktion??? 30

15 Gitter- und Hydrationsenergien Beim Lösen von Salzen bilden sich Ionen. Diese werden in Wasser von Wasserteilchen umgeben. Es bildet sich eine sog. Hydrathülle. Bei der Ausbildung dieser Hülle wird Energie frei. Kannst du die Ergebnisse des Versuches mit Hilfe der Energien in der Tabelle deuten? 31

16 Unlösliche Salze; Abhängigkeit der Löslichkeit 1. Warum lösen sich manche Salze (CaCO 3 ) fast gar nicht? 2. Warum lösen sich viele Salze im warmen Wasser besser? Unlösliche Salze: - Gitterenergie viel grösser als Hydrationsenergie? - Zu wenige Wassermoleküle für Hydrathüllen vorhanden (gesättigte Lösungen) Abhängigkeit der Löslichkeit: - Lösen sich Salze endotherm, so geht dies besser, wenn von aussen Energie zugeführt wird (warmes Wasser). - Ist die Löslichkeitsgrenze erreicht, so kann durch weiter Energiezufuhr mehr Salz gelöst werden. 32

17 Taschenwärmer (Lösungswärme hilft bei kalten Händen) Das Salz im Taschenwärmer ist Natriumacetat. Beim Lösen dieses Salzes wird der Umgebung viel Energie entzogen (Taschenwärmer im heissen Wasser). Diese Energie wird wieder frei, wenn die Ionen ihre Hydrathülle abgeben und ins Kristallgitter zurück finden. Wo bleibt das Wasser beim Kristallisieren? Stichwort: Kristallwasser 33

18 Zusammenfassung - Salze sind Ionenverbindungen, die Kristallgitter bilden. Die Gitter halten durch gegenseitige Anziehung positiver Kationen und negative Anionen zusammen. - Die Stärke der Anziehung hängt von der Ionenladung und den Ionenradien (Abstand der Atomkerne) ab und findet sich in der Gitterenergie wieder. - Je kleiner und höher geladen ein Ion ist, desto grösser wird die Gitterenergie eines Salzes sein, welches das Ion enthält. - Ebenso gilt aber, dass je kleiner und höher geladen ein Ion ist, die Hydratationsenergie grösser ist, wenn dieses Ion in Wasser gelöst wird. 34

19 Zusammenfassung II - Beim Lösen von Salzen muss die Gitterenergie aufgewendet werden und die Hydratationsenergie wird frei. - Je grösser der Abstand der Energien, desto mehr Energie wird benötigt oder wird frei und die Löslichkeit ist temperaturabhängig. - Ist ein Lösungsvorgang endotherm, so steigt, die Löslichkeit mit steigender Temperatur (und umgekehrt). - Ist der Abstand der Energien sehr gross, so wird entweder sehr viel Lösungswärme frei, oder das Salz ist unlöslich. Aufgabe: Zeichne Energiediagramme zu den vier beschriebenen Möglichkeiten. 35

20 Energiediagramme 36

21 Denkaufgabe - Salze sind in Wasser oft löslich. - Die Löslichkeit ist eine (oft) temperaturabhängige Stoffeigenschaft. - Löslichkeiten (in g/100g Lösungsmittel) unterscheiden sich z.t. deutlich. - Salze deren Gitterenergie sehr hoch ist und die Ionen enthalten, die nur geringe Hydratationsenergien haben, sind schwerlöslich. Hinweis: - Schau dir folgende Löslichkeiten an: Löslichkeiten (bei 20 C; pro 100g Wasser): AgNO 3 : 245g; NaNO 3 : 88g; NaCl: 36g; AgCl: 0,00015g; Na 2 SO 4 : 170g ;BaCl: 37,5g; Ba 2 SO 4 : 0,000235g NO 3 - und SO 4 2- sind ebenfalls Ionen Mische je zwei der ausgeteilten Lösungen auf der Folie (je ein Tropfen) und beobachte was passiert (6 Kombinationnen mögl.). Sollte die Lösung sich verändern, überlege, welcher Stoff entstanden sein könnte und formuliere eine Reaktionsgleichung. 37

22 Fällungen Eine Reaktion bei der sich ein schwerlöslicher Feststoff aus einer Lösung abscheidet nennt man Fällung. Ionen eines schwerlöslichen Salzes werden zusammen gebracht. Die Gitterenergie, die frei wird, wenn das feste Salz entsteht, ist gross. Wozu könnte eine Fällung eingesetzt werden? Wie kann man noch ein Salz aus einer Lösung ausfällen? 38

23 Salze: Was war da noch? Nachweis von Salzen Abbau von Steinsalz Gewinnung von Meersalz Iod- und Fluorsalze für den Körper Salzhydrate: Kupfersulfat, Cobaltchlorid, Gips (Calciumsulfat) 39