Salze genauer betrachtet die Ionenbindung

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1 1 von 26 Salze genauer betrachtet die Ionenbindung Sandra Kaut, Hamburg Salze gehören zu unserem Alltag. So begegnet uns Kochsalz jeden Tag in unserem Essen manchmal sichtbar, wie auf Brezeln, meistens aber unsichtbar. Doch wie sind Kochsalz und weitere Ionenverbindungen eigentlich aufgebaut? Wie stellt man sie im Schalenmodell dar? Und welche Eigenschaften haben sie? Diese Unterrichtseinheit bietet einen Einstieg in das Thema Ionenbindungen über Versuche, die von den Schülern selbst entwickelt werden. Anschließend erarbeiten sich die Lernenden eigenständig die wichtigsten Informationen zu den Ionenbindungen und dem Bohr schen Atommodell. Versuche selbst planen! Kochsalzkristalle auf einer Laugenbrezel wie sind diese und weitere Ionenverbindungen aufgebaut? Kochsalzkristalle auf einer Brezel wie sind diese und ihre chemischen Verwandten aufgebaut? Foto: Thinkstock/iStockphoto Das Wichtigste auf einen Blick Klasse: 9/10 Dauer: 4 Stunden (Minimalplan: 2 3) Kompetenzen: Die Schüler können die Eigenschaften von Kochsalz nennen. sind in der Lage, die Ladungen der Teilchen in Ionenbindungen anzugeben und Reaktionsgleichungen aufzustellen. können Atome und Ionen mit dem Bohr schen Atommodell darstellen. können ein Experiment planen und selbstständig durchführen. Versuche: Forscherauftrag Kochsalz genauer betrachtet (SV) Elektrolyse von Zinkiodid (LV) Übungsmaterial: Übung macht den Meister! Die Ionenbindung Elektronen haben einen bestimmten Platz! Das Schalenmodell nach Bohr Jetzt weiß ich s! Die Ionenbindung

2 5 von 26 Die Einheit im Überblick V = Vorbereitung SV = Schülerversuch AB = Arbeitsblatt D = Durchführung LV = Lehrerversuch LEK = Lernerfolgskontrolle VP = Versuchsprotokoll FO = Folie = Zusatzmaterial auf CD Stunde 1: M 1 (SV) V: 10 min D: 30 min * Exemplar(e) pro Gruppe M 2 (AB) M 3 (VP) Stunden 2: M 4 (AB) M 5 (SV) Kochsalz genauer betrachtet Forscherauftrag Kochsalz genauer betrachtet 4 Schutzbrillen* Natriumchlorid (feinkörnig) destilliertes Wasser 1 Salzkristall (groß)* Glucose 2 3 Bechergläser* 1 Lupe* 1 Gasbrenner* 1 feuerfeste Unterlage* 1 Tiegelzange* Wir arbeiten im Team nummerierte Köpfe 2 Elektroden* 2 Kabel* 1 Glühbirne mit Sockel* 1 Stromquelle* 1 Porzellanschale* 1 Multimeter* 1 Waage* 2. Lösungsmittel (z. B. Ethanol) 1 Thermometer* 1 Dreifuß* Versuchsprotokoll: Kochsalz genauer betrachtet Was das Salz zusammenhält die Ionenbindung Was das Salz zusammenhält die Ionenbindung Tod durch Badesalz? (FO) Kopiervorlage Elektolyse (zur Besprechung von M 5) Stunde 3: LV V: 5 min D: 5 min M 6 (AB) M 7 (AB) Positiv oder negativ? Ionen genauer betrachtet Elektrolyse von Zinkiodid 2 Elektroden 1 Stromquelle Zinkiodidlösung 1 U-Rohr 2 Kabel Was hat das Periodensystem mit der Ionenbindung zu tun? Übung macht den Meister! Die Ionenbindung Stunden 4: M 8 (AB) Schalenmodell und Lernerfolgskontrolle Elektronen haben einen bestimmten Platz! Das Schalenmodell nach Bohr (FO) Kopiervorlage Schalenmodell (zur Besprechung von M 8) M 9 (LEK) M 10 (AB) Minimalplan Jetzt weiß ich s! Die Ionenbindung Selbsteinschätzungsbogen zum Test Wenn die Zeit knapp ist, können Sie die Einheit auf 2 3 Stunden begrenzen. Händigen Sie dann Versuchsprotokoll M 3 allen Schülern aus und geben Sie die Arbeitsblätter M 4 und M 8 als Hausaufgabe auf. Arbeitsblatt M 5 entfällt.

3 6 von Die Ionenbindung (Kl. 9/10) Chemische Bindungen IV M 1 Forscherauftrag Kochsalz genauer betrachtet Kochsalz wurde schon in der Antike als kostbar angesehen und ab dem Mittelalter als weißes Gold bezeichnet. Inzwischen verwenden wir dieses weiße Gold fast täglich beim Kochen. Doch was genau ist Kochsalz, wie ist es aufgebaut und welche Eigenschaften hat es? Foto: Thinkstock/iStockphoto Schülerversuch in Vierergruppen Welche Eigenschaften hat Kochsalz? Vorbereitung: 10 min Durchführung (inkl. Protokoll): 30 min Aufgaben Es stehen folgende Geräte und Chemikalien zur Verfügung 4 Schutzbrillen 2 3 Bechergläser 1 Gasbrenner 2 Elektroden 2 Kabel 1 Stromquelle 1. Teilt euch in Vierergruppen ein und legt fest, welches Gruppenmitglied welche Rolle des Arbeitsblatts nummerierte Köpfe einnimmt. 2. Entwickelt nun Versuche, um möglichst viel über die Eigenschaften von Kochsalz (Natriumchlorid) herauszuinden. Legt die von euch entwickelten Versuchsanleitungen dem Lehrer vor. 3. Führt die Versuche gemäß eurer Versuchsanleitungen durch. 1 Waage Hinweis 1 Dreifuß 1 Lupe 1 Tiegelzange 1 Porzellanschale 1 Multimeter 1 Thermometer Schmelzpunkt Glucose = 146 C Beobachten und Dokumentieren 1 Glühbirne mit Sockel 1 feuerfeste Unterlage Natriumchlorid (feinkörnig) 1 Salzkristall (groß) destilliertes Wasser Traubenzucker (Glucose) 2. Lösungsmittel (Ethanol) Protokolliert die Versuche in einem Versuchsprotokoll. Jeder Schüler muss am Ende ein Versuchsprotokoll abgeben. Wusstest du schon, dass Natriumchlorid (Kochsalz) der wichtigste Mineralstoff für uns ist? Unser Körper enthält 0,9 % Kochsalz, wobei wir täglich 3 20 g verlieren, die wir wieder ersetzen müssen.

4 19 von 26 Hinweise 3. Stunde (M 6 M 7) So steigen Sie in die Stunde ein Kopieren Sie die Arbeitsblätter M 6 und M 7 im Klassensatz und halten Sie die für den Lehrerversuch benötigten Materialien am Lehrerpult bereit (siehe Die Einheit im Überblick ). Wiederholen Wiederholen Sie zu Beginn der Stunde den Vorgang der Elektrolyse. Führen Sie zur Veranschaulichung der Ionenwanderung die Elektrolyse von Zinkiodid (ZnI 2 ) als Lehrerversuch durch. Geben Sie den Schülern die Aufgabe, eine Versuchsskizze anzufertigen und ihre Beobachtungen selbstständig in ihrem Heft festzuhalten. Lehrerversuch Elektrolyse von Zinkiodid (ZnI 2 ) Vorbereitung: 5 min Durchführung: 5 min Das benötigen Sie für den Lehrerversuch 2 Elektroden 1 Stromquelle Ergebnissicherung des Lehrerversuchs 1 U-Rohr 2 Kabel So führen Sie den Lehrerversuch durch Halten Sie die Ergebnisse an der Tafel fest: Zinkiodidlösung 1. Füllen Sie Zinkiodidlösung in ein U-Rohr. Geben Sie jeweils eine Elektrode in einen Schenkel des U-Rohrs und schließen Sie die Elektroden an die Stromquelle an. 2. Lassen Sie die Elektrolyse bei einer Gleichspannung von 4 6 Volt 3 5 Minuten lang laufen. So werten Sie den Lehrerversuch aus Lassen Sie die Schüler die Vorgänge an den Elektroden beschreiben. Leistungsstarke Schüler können versuchen, die Vorgänge chemisch zu erklären. Lehrerversuch: Elektrolyse von Zinkiodid Wird eine Gleichspannung angelegt, wandern die in der Lösung enthaltenen, positiven Zn 2+ -Ionen zur Kathode und die negativ geladenen I -Ionen zur Anode. Die Zink-Ionen nehmen zwei Elektronen auf und werden zu elektrisch neutralen Zink- Atomen. Daher überzieht sich die Kathode mit Zink. Zn e Zn An der Anode geben die Iodid-Ionen ihr überschüssiges Elektron ab und werden zu elektrisch neutralen Iod-Atomen. An der Anode entsteht eine gelblich-braune Iodlösung, bei der jeweils zwei Iod-Atome ein Iod-Molekül (I 2 ) bilden: 2 I I e Besprechen Sie Im Anschluss an den Lehrerversuch die gegebenenfalls als Hausaufgabe aufgegebene Aufgabe 3 von Arbeitsblatt M 5.

5 21 von 26 Elektronen haben einen bestimmten Platz! Das Schalenmodell nach Bohr Wir können bereits bestimmen, welches Teilchen in einer Ionenbindung welche Ladung trägt. Aber wie sieht ein geladenes Teilchen eigentlich aus? Der dänische Physiker Niels Bohr entwickelte dazu eine Modellvorstellung. Foto: Thinkstock/iStockphoto M 8 Foto: The American Institute of Physics N.Bohr ( ) Dieses Modell nennt man Bohr sches Atommodell oder Schalenmodell. Wir wollen nun den Aufbau der Atome am Beispiel von Fluor nachvollziehen: 9 F Die Elektronen eines Atoms halten sich auf festgelegten Bahnen oder Schalen um den Atomkern herum auf. Die innerste Schale kann nur 2 Elektronen aufnehmen. In der darauffolgenden Schale inden maximal 8 Eletronen Platz. Besitzt ein Atom 8 Elektronen in der Außenschale, hat es Edelgaskoniguration erreicht. Diesen Zustand strebt jedes Atom an. Fluor steht an Stelle 9 im Periodensystem und trägt daher die Ordnungszahl 9. Diese ist gleich der Anzahl der Protonen (positiv geladene Teilchen) im Kern. Bei Atomen entspricht die Anzahl der Elektronen in der Hülle der Anzahl der Protonen im Kern. Zwei Elektronen beinden sich bei dem Fluor-Atom in der inneren Schale, die übrigen sieben in der äußeren Schale (siehe a). Um die stabile Edelgaskoniguration zu erreichen, nimmt Fluor ein Elektron auf und wird zum Fluorid-Ion. Es hat nun 9 Protonen im Kern und 10 Elektronen in der Hülle. Somit ist es einfach negativ geladen (siehe b) Aufgaben a) Fluoratom: F b) Fluorid-Ion: F (Edelgaskoniguration Neon) 1. Besetze die Schale und benenne das Atom Name: Name:

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