Chemie für Bauingenieure Uebung 2

Transkript

1 Chemie für Bauingenieure Uebung 2 Aufgabe 1 i. Bestimmen Sie mithilfe des Periodensystems für folgende Elemente die Anzahl Elektronen, Protonen und Neutronen. ii. Bestimmen Sie dann für die jeweiligen Atomsorten die Anzahl Valenzelektronen des jeweiligen Atoms beziehungsweise Ions. H, B, C, N, S, Al, Te, Xe, Rb, Ra, F, Li, Be Aufgabe 2 i. Geben Sie eine kurze Definition für die Ionisierungsenergie ii. Betrachten Sie die Ionisierungsenergien im Anhang und übertragen Sie es auf ein Periodensystem; was für Tendenzen lassen sich generell für die Hauptgruppenelemente in einer Periode oder in einer Gruppe ausmachen? iii. Geben Sie die Tendenzen in der untenstehenden Grafik an und nennen Sie mögliche Gründe. iv. Geben Sie eine kurze Definition für die Elektronenaffinität EA v. Betrachten Sie die Elektronaffinitäten im Anhang und übertragen Sie es auf ein Periodensystem; was für Tendenzen lassen sich generell für die Hauptgruppenelemente in einer Periode oder in einer Gruppe ausmachen? vi. Geben Sie die Tendenzen in der untenstehenden Grafik an und nennen Sie mögliche Gründe. 1

2 Aufgabe 3 Polare Bindungen, Ionenbindung, Gitterenergie i. Welches Atom der folgenden Atompaare ist größer? a) P, Cl b) P, Sb c) Ga, P d) Si, P e) Na, P f) A B, P g) Ba, B h) Cs, Cd i) Ga, Ge ii. Beim Kalium ist die 2. Ionisierungsenergie etwa siebenmal größer als die 1. Ionisierungsenergie (3051 bzw. 419 kj/mol). Beim Calcium ist die 2. Ionisierungsenergie nur etwa doppelt so groß wie die erste (1145 bzw. 590 kj/mol). Warum ist der Unterschied beim Kalium größer als beim Calcium? iii. Für welche der folgenden Verbindungen in den folgenden Paaren ist die höhere Gitterenergie zu erwarten? Die beiden Verbindungen haben jeweils den gleichen Strukturtyp. a) CaS oder RbF b) RbF oder RbI c) CsI oder CaO d) NaI oder SrSe e) MgI 2 oder Na 2 O Zur Bestimmung der Gitterenergie bedient man sich des Born-Haber-Kreisprozesses, der von Max Born und Fritz Haber unabhängig voneinander 1916 entwickelt wurde. Wir betrachten ihn am Beispiel des Magnesiumchlorids. Die Gitterenergie von Magnesiumchlorid, MgCl 2 (s), soll bestimmt werden. Gemessene Werte sind: Sublimationsenthalpie von Magnesium +150 kj/mol; 1. und 2. Ionisierungsenergie von Magnesium +738 bzw kj/mol; Dissoziationsenergie von Cl kj/mol; erste Elektronenaffinität von Chlor 349 kj/mol; Bildungsenthalpie für MgCl 2 (s) 642 kj/mol. Vorgehen: berechnen Sie ΔH für die jeweiligen Einzelschritte: ΔH/(kJ mol -1 ) Sublimation von Mg Mg (s) Mg (g) Erste Ionisierung von Mg Mg (g) Mg + (g) Zweite Ionisierung von Mg Mg + (g) Mg 2+ (g) Dissoziation von Cl 2 Cl 2 (g) 2 Cl (g) Elektronenaffinität von C l 2 2 Cl (g) + 2e - 2 Cl - (g) Gitterenergie Mg2+ (g) + 2 Cl - (g) MgCl 2 (s) Bildungsenthalpie Mg (s) + Cl 2 (g) MgCl 2 (s) Die Gitterenergie von MgCl 2 ist damit ΔH Gitter = kj/mol 2

3 Aufgabe 4 Polarität und Ionencharakter von Bindungen Je größer die Differenz der Elektronegativitäten zweier Atome, desto polarer ist die Bindung zwischen ihnen. Eine Differenz von etwa 1,7 entspricht einem zu 50% partiell ionischen Charakter. Ist die Elektronegativitätsdifferenz zwischen zwei Atomen gering, dann sind Die Bindungen überwiegend kovalent und die Differenz der Elektronegativitäten zeigt das Ausmaß der Polarität der kovalenten Bindung an. Wenn die Differenz ΔEN sehr klein ist (z.b. bei einer Bindung zwischen C und S), kann man eine weitgehend unpolare Bindung annehmen. Bei größerer Differenz der Elektronegativitäten ist die Bindung polar mit der partiell negativen Ladung am Atom mit der größeren Elektronegativität. i. Machen Sie auf der Basis der Anionen-Polarisation Aussagen, bei welcher Verbindung der folgenden Paare die Bindung jeweils stärker kovalent ist. a) HgF 2, HgI 2 b) FeO, Fe 2 O 3 c) CdS, CdSe d) CuI, CuI 2 e) SbBr 3, BiBr 3 f) BeO, MgO g) MgO, MgS h) KCl, ScCl 3 ii. Metalle und Nichtmetalle reagieren in der Regel so miteinander, dass das Metall seine Valenzelektronen abgibt und das Nichtmetalle entsprechend viele Elektronen aufnimmt. Bestimmen Sie für folgende Metall/Nichtmetall Paare die Anzahl Valenzelektronen der Atome und schätzen Sie mit Hilfe der Elektronegativitäten ab, welche der folgenden Elementpaare Bindungen mit überwiegendem Ionencharakter (> 50%) bilden. Wenn die Bindungen überwiegend kovalent sind, geben Sie an, ob sie schwach, mittel oder stark polar sind. (Elektronegativitätsdifferenzen von , bzw ). a) B, Br b) Ba, Br c) Be, Br d) Bi, Br e) Rb, Br f) C, S g) C, O h) Al, Cl i) C, H j) C, I k) N, Cl l) Ca, N Aufgabe 5 Lewis-Formeln i. Welche Lewis-Formel hat die Verbindung H 2 CO (Formaldehyd, Methanal)? ii. Im Molekül der Salpetersäure (HNO 3 ) ist das N-Atom an die drei O-Atome gebunden, das H- Atom an eines der O-Atome. Welche ist die Lewis-Formel für Salpetersäure? (Hinweis: mehr als eine mögliche Struktur Resonanzstrukturen!) iii. Leiten Sie für die angegebenen Moleküle die Lewisformel her und von der Lewisformel eine räumliche Struktur, indem Sie beachten, dass sich alle Elektronenpaare, bindende und nichtbindende, abstossen. Bestimmen Sie dann die Polaritäten der Bindungen und ob das Molekül ein Dipol ist. 3

4 Lewisformel Struktur Polarität Dipol HF O 2 N 2 OF 2 H 2 O NH 3 CCl 4 4

5 5

6 6

7 7