Kochsalz-Kristalle (Halit) Wichtige Stoffgruppen Atomverband Stoffgruppe Metall Metall: Metallische Stoffe Salzartige Stoffe Metall Nichtmetall:

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1 Kochsalz-Kristalle (Halit) 1 Wichtige Stoffgruppen Atomverband Metall Metall: Metall Nichtmetall: Stoffgruppe Metallische Stoffe (Gitter) - Metalle - Legierungen (- Cluster) Salzartige Stoffe (Gitter) - Salze Nichtmetall Nichtmetall: Halbmetallverbindungen: Flüchtige Stoffe (Moleküle) Diamantartige Stoffe (Gitter) Hochmolekulare Stoffe Gitter (metallische Stoffe) und Moleküle 2 1

2 Experimente: Metalle reagieren mit Nichtmetallen Zink (Zn, Metall) reagiert exotherm mit Schwefel (S, Nichtmetall). Es entsteht ein sprödes weisses Pulver Zinksulfid Natrium (Na, Metall) reagiert sehr heftig mit Chlorgas (Cl 2, Nichtmetall). Es entsteht Kochsalz (siehe Abb. 13, S.142) Reagieren Metalle mit Nichtmetallen, entstehen meist salzartige Stoffe 3 Experimente: Metalle reagieren mit Nichtmetallen Magnesium verbrennt hell leuchtend: Aus Magnesium und Sauerstoff entsteht ein weisses Pulver: Magnesiumoxid Reagieren Metalle mit Nichtmetallen, entstehen meist salzartige Stoffe 4 2

3 Salze sind Ionenverbindungen: - Bei der Reaktion geben die Metallatome ihre Valenzelektronen voll- ständig ab. Sie bilden positiv geladene Atome Metallatome bilden positiv geladene Ionen (Kationen) - 1 e - Na Na Bei der Reaktion nehmen die Nichtmetallatome Elektronen auf und ergänzen ihre Valenzschale auf 8 Elektronen Sie bilden negativ geladene Atome Nichtmetallatome bilden negativ geladene Ionen (Anionen) + 1 e - Cl Cl Salze Salze bestehen aus positiv und negativ geladenen Teilchen, den Ionen. Sie werden zusammengehalten durch starke anziehende Kräfte zwischen den Ionen. Kationen: positiv geladene Ionen Anionen: negativ geladene Ionen 6 3

4 7 Ionenbindung Ionengitter (Buch S ) Die unterschiedlich geladenen Ionen ziehen sich an. Dabei bildet sich eine regelmässige Gitterstruktur. Salze bilden häufig Kristalle, bei denen die regelmässige Form diese Gitteranordnung wiederspiegelt. 8 4

5 Edelgasregel (auch Oktett-/Dublett-Regel) Atome der Hauptgruppenelemente sind bestrebt, durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen vollständig gefüllte (Valenz-) Schalen zu erreichen. 1. Schale (K-Schale) voll mit 2 Elektronen (Dublett) Ab 2. Schale voll mit 8 Elektronen (Oktett) 9 Edelgasregel (auch Oktett-/Dublett-Regel) Atome der Hauptgruppenelemente sind bestrebt, durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen vollständig gefüllte (Valenz-) Schalen zu erreichen. 1. Schale (K-Schale) voll mit 2 Elektronen (Dublett) Ab 2. Schale voll mit 8 Elektronen (Oktett) Aufgabe (mit PSE) Welche Ionen entstehen aus folgenden Elementen: Calcium, Fluor, Kalium, Aluminium, Sauerstoff, Xenon, Stickstoff Beispiel: Na Na

6 Ionenbindung Ionengitter (Buch S ) Die unterschiedlich geladenen Ionen ziehen sich an. Dabei bildet sich eine regelmässige Gitterstruktur. Gitterenergie (Buch Seiten ) Die Bildung des Ionen-Gitters ist ein exothermer Prozess: Energie wird an die Umgebung abgegeben. Beispiel: Verbrennung von Magnesium zu Magnesiumoxid. Die gleiche Energiemenge muss aufgewendet werden, um die Ionen wieder vollständig aus einem Gitter zu lösen: die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Ionen müssen überwunden werden. 11 Ungleich geladene Teilchen ziehen sich an, gleich geladene Teilchen stossen sich ab. Coulomb Gesetz: Die anziehende / abstossende Kraft F zwischen 2 geladenen Teilchen mit den Ladungen q1 und q2 im Abstand r (Buch Seite 88): Charles Augustin de Coulomb

7 Je grösser die Ladung der Ionen, desto grösser die Gitterenergie (stärkere Anziehungskräfte gemäss Coulomb-Gesetz). 13 Je grösser die Ladung, desto grösser die Gitterenergie Je grösser die Ionen, desto kleiner die Gitterenergie 14 7

8 Salze Formeln und Namen von Molekül-Ionen NO - 3 SO 2-4 PO 3-4 CO 2-3 HCO - 3 OH - Nitrat-Ion Sulfat-Ion Phosphat-Ion Carbonat-Ion Hydrogencarbonat-Ion Hydroxid-Ion 15 Bezeichnungen von Ionen Buch Seite

9 Buch Seite Das Lösen von Salzen Buch Seite

10 19 Löslichkeit von Salzen Faustregel: Wenn beide Ionen eine Ladung von 2 oder mehr haben, ist das Salz unlöslich. Beispiele von unlöslichen Salzen: MgO Mg 2+ O 2- Magnesiumoxid Kreide, «Magnesia» im Turnen Fe 2 O 3 Fe 3+ O 2- Eisen(III)-oxid Bestandteil von Rost CaCO 3 Ca 2+ CO 3 2- Calciumcarbonat Kalk Ausnahmen AgCl Silberchlorid weiss AgI Silberiodid gelblich Für den Nachweis von Chlorid- und Iodid-Ionen wird Silbernitrat-Lösung zugegeben

11 Aufgabe Ergänzen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen K + S K + + S 2- K S Kaliumsulfid Mg + O Mg 2+ + O 2- MgO Magnesiumoxid Al + O Al 3+ + O 2- Al O Aluminiumoxid Ca + P Ca 2+ + P 3- Ca P Calciumphosphid Ge + O Ge 4+ + O 2- GeO Germaniumoxid Na + N Na + + N 3- Na N Natriumnitrid 21 Lösungen 2 K + S 2 K + + S 2- K 2 S Kaliumsulfid Mg + O Mg 2+ + O 2- MgO Magnesiumoxid 2 Al + 3 O 2 Al O 2- Al 2 O 3 Aluminiumoxid 3 Ca + 2 P 3 Ca P 3- Ca 3 P 2 Calciumphosphid Ge + 2 O Ge O 2- GeO 2 Germaniumoxid 3 Na + N 3 Na + + N 3- Na 3 N Natriumnitrid 22 11

12 Zusatzaufgabe Aus welchen Ionen besteht: FeCl 2 Fe Cl - Eisen chlorid FeCl 3 Fe Cl - Eisen chlorid Cr 2 O 3 Cr O Chrom oxid Cu 2 S Cu S Kupfer sulfid CuS Cu S Kupfer sulfid 23 Lösungen zur Zusatzaufgabe FeCl 2 Fe 2+ 2 Cl - Eisen(II)-chlorid FeCl 3 Fe 3+ 3 Cl - Eisen(III)-chlorid Cr 2 O 3 2 Cr 3+ 3 O 2- Chrom(III)-oxid Cu 2 S 2 Cu + S 2- Kupfer(I)-sulfid CuS Cu 2+ S 2- Kupfer(II)-sulfid 24 12

13 25 Atom- und Ionenradien Metalle Nichtmetalle Atom Kation Anion Atom Li Li + O 2 O Be Be 2+ F F Na Na + Cl Cl 26 13

14 NaCl-Typ energetisch günstig schwache Abstossung zwischen Anionen starke Anziehung zwischen Anionen und Kationen Grenzfall Abstossung zwischen Anionen Anziehung zwischen Anionen und Kationen energetisch ungünstig starke Abstossung zwischen Anionen schwache Anziehung zwischen Anionen und Kationen 27 Salzgitter r r K A 0.41 r r K A 0.73 Koordinationszahl 4 ZnS-Typ Koordinationszahl 6 NaCl-Typ Koordinationszahl 8 CsCl-Typ 28 14

15 Salze sind spröde Schlag 29 Salze haben einen hohen Schmelzpunkt Wärmezufuhr Die Ionen haben die Gitterkräfte überwunden ScW 30 15

16 Elektrolyse Salze lassen sich in ihre Elemente aufspalten, wenn die Elektronenübertragung durch Anlegen eines elektrischen Stroms rückgängig gemacht wird. Die Aufspaltung einer chemischen Verbindung mit einem elektrischen Strom heisst Elektrolyse. 31 Elektrolyse Buch Seite

17 Elektrolyse einer CuCl 2 -Lösung Cu 2+ (aq) Cu(s) 2 Cl (aq) Cu 2+ (aq) 33 Elektrolyse von geschmolzenem Kochsalz +Pol Pol Metalldraht e e NaCl-Schmelze (> 801 C) Elektrode gibt ein e ab nimmt ein e auf 34 17

18 Elektrolyse Salze lassen sich in ihre Elemente aufspalten, wenn die Elektronenübertragung durch Anlegen eines elektrischen Stroms rückgängig gemacht wird. Die Aufspaltung einer chemischen Verbindung mit einem elektrischen Strom heisst Elektrolyse. Downs Zelle 35 Nichtmetalle: 2-atomige Moleküle Folgende Nichtmetalle kommen als 2-atomige Moleküle vor: H 2, N 2, O 2 und alle Halogene: F 2, Cl 2, Br 2, I ScW 36 18

19 Animationen Auflösen von Salz in Wasser Elektrolyse von CuCl 2 Ionenbindung und Elektron Links Impressum Präsentation von Dr. Walter Schär Basierend auf Unterlagen von Dr. Stefan Dolder Dr. Susanna Stieger Thomas Seilnacht Buch «Elemente», Klett-Verlag Grundlagenfach Chemie Tertia 2013/