RUNDUM CEMIE1 Lehrerband, Lösungen Oberstufe 7.Klasse
Seite 3: Modell und Wirklichkeit siedendes Wasser Eiszapfen Luft Mineralienkristalle sublimierendes Trockeneis Branntwein Seite 5: Mischungen im Teilchenmodell mögliche Gemischtyp Aggregat- Beispiel zustände Suspension heterogen fest/flüssig Wasserfarbe Legierung homogen fest/fest Messing Gemenge heterogen fest/fest Granit Gasgemisch homogen gasförmig/ Luft gasförmig Nebel heterogen flüssig/ gasförmig Wolke Rauch heterogen fest/ gasförmig Staubwolke Schaum heterogen gasförmig/ flüssig Seifenschaum Lösung homogen flüssig/flüssig Branntwein oder fest/flüssig oder Zuckerwasser gasförmig/flüssig Mineralwasser Emulsion heterogen flüssig/flüssig Milch Teilchenmodelle: siehe Schülerband Seite 20 Ein Feststoff löst sich in einer Flüssigkeit. Beispiel: Ein Stück Würfelzucker wird in Kaffee gelöst. Seite 4: Überblick: Teilchenmodell -4. fl Aggregatzustand: Teilchenmodell: Verd. Kond. Schm. g f Erst. Resubl. Subl. fest f flüssig Der Abstand zwischen den Teilchen wird größer. Die Ordnung der Teilchen nimmt zu. Die Anziehungskraft der Teilchen zueinander nimmt zu. Die Geschwindigkeit der Teilchen nimmt zu. fl f fl gasförmig g Seite 6: Ordnung unter den Stoffen Stoffe Elemente Reinstoffe Elemente Verbindungen homogene heterogene Gemische Gemische elium Traubenzucker Iodtinktur Iodsalz Sauerstoff Kochsalz Trinkwasser Brausepulver Eisen Essigsäure Atemluft Milch Schwefel Alkohol Weißgold Bierschaum Kupfer Eis Schokolade Regenwolke Gold Kupferiodid Knallgas Schaumstoff Silber Eisensulfid Wein Zigarrenrauch Stickstoff Bittersalz Benzin Sonnenmilch Zink Wasser Disco-Nebel Chlor Kupfersulfat Schnaps Orangensaft Aluminium Kupfersulfat- Essigessenz Eisenerz hydrat Iod Zinksulfid Erdgas Meerwasser Seite 7: Aktivierungsenergie Das olz muss angezündet werden. Obwohl das Energieniveau des olzes höher ist als das der Asche, ist das olz nicht im reaktionsbereiten (aktivierten) Zustand. Um die Entzündungstemperatur zu erreichen, muss zuerst Energie von außen zugeführt werden. Verbindungen Ausgangsstoffe homogene Gemische Gemische heterogene Gemische Stoffe im reaktionsbereitem Zustand Endstoffe 2
Die zum Ingangsetzen (Zünden) einer chemischen Reaktion benötigte Energie bezeichnet man als Aktivierungsenergie. Sie überführt die Ausgangsstoffe in einen reaktionsbereiten (aktivierten) Zustand. Energie 4. Reaktion verläuft eotherm, Bsp: Verbrennung von Kohle Energie Zeit Zeit Reaktion verläuft endotherm, Bsp: Gewinnung von Eisen Seite 8: Elemente Namen und Symbole Energiegehalt im aktivierten Zustand Aktivierungsenergie Energiegehalt der Ausgangsstoffe Reaktionsenergie Energiegehalt der Reaktionsprodukte Energiegehalt im aktivierten Zustand Aktivierungsenergie Energiegehalt der Reaktionsprodukte Reaktionsenergie Energiegehalt der Ausgangsstoffe Ort: Berkelium, Dubnium, Erbium, afnium, olmium, Lutetium, Magnesium, Strontium, Terbium, Ytterbium, Yttrium Land/Kontinent: Americium, Europium, Francium, Gallium, Germanium, Indium, Polonium, Ruthenium, Scandium Element: Molybdän, Platin, Protactinium, Quecksilber 4. Sagengestalt/Gottheit: Cer, Cobalt, Neptunium, Nickel, Niobium, Palladium, Plutonium, Tantal, Thorium, Titan, Uran, Vanadium 5. Personen: Bohrium, Curium, Einsteinium, Fermium, Gadolinium, Lawrencium, Meitnerium, Mendelevium, Nobelium, Rutherfordium, Samarium, Seaborgium 6. Gesteine/Mineralien: Barium, Beryllium, Bismut, Cadmium, Calcium, Fluor, Lithium, Samarium, Silicium, Wolfram, Zirconium 7. Rhenium nach dem Rhein 8. Argentinien Seite 9: Elemente in unserem Körper Element Anteil in % Sauerstoff 64,0 Kohlenstoff 17,6 Wasserstoff 10,0 4. Calcium 3,2 5. Stickstoff 3,2 6. Phosphor 0,626 7. Kalium 0,226 8. Schwefel 0,2 9. Natrium 0,15 10. Chlor 0,15 1 Magnesium 0,038 1 Eisen 0,006 1 Zink 0,004 Calcium: Milchprodukte (Milch, Käse, Butter), Nüsse Stickstoff: Fleisch, Fisch, Eier, ülsenfrüchte (Eiweißstoffe) Eisen: Fleisch, Vollkornprodukte, Nüsse Kalium: Obst und Gemüse, Nüsse Eisen ist ein wichtiger Bestandteil des sauerstofftransportierenden Blutbestandteils ämoglobin. Außerdem ist es Bestandteil verschiedener Enzyme der Atmungskette. 4. Zink: 710 mg Chrom: 30100 µg Selen: 3070 µg Mangan: 25 mg Seite 10: Element Elementsubstanz - Symbolik a) Chemische Elemente sind reine Stoffe, die nur aus einer Atomart aufgebaut sind und die gleiche Anzahl von Protonen im Atomkern besitzen. Die Atome können durch Abgabe bzw. Aufnahme von Elektronen stabilere Teilchen bilden, die keine Atome mehr sind, aber dennoch zum chemischen Element gehören. b) Das Element Eisen ist..., dessen Atom 26 Protonen... Das Element Kupfer ist..., dessen Atom 29 Protonen... Die Elementsubstanz Magnesium ist ein silber glänzender Stoff, der nur aus dem Element Magnesium besteht. Die Elementsubstanz Eisen ist ein metallisch glänzender Stoff, der nur aus dem Element Eisen besteht. Symbol Elementsubstanz Anzahl der Atome des Elements 4 Al Aluminium vier Atome des Elements Aluminium 2 Ag Silber zwei Atome des Elements Silber 4 Fe Eisen 4 Atome des Elements Eisen 1 C Kohlenstoff 1 Atom des Elements Kohlenstoff 2 Pb Blei 2 Atome des Elements Blei 4. Die einheitliche Symbolsprache ermöglicht eine problemlose internationale Verständigung über chemische Zusammenhänge. Seite 11: Die Berechnung der molaren Masse a) Die molare Masse M ist der Quotient aus der Masse einer Stoffprobe m und der dazugehörigen Stoffmenge n: M=m n 1 [g/mol]. b) Wasser 2 O 18 g/mol Kohlenstoffmonoid CO 28 g/mol Kohlenstoffdioid CO 2 44 g/mol Ozon O 3 48 g/mol Stickstoffmonoid NO 30 g/mol Stickstoffdioid NO 2 46 g/mol Distickstoffpentaoid N 2 O 5 108 g/mol Diphosphorpentaoid P 2 O 5 142 g/mol Schwefeldioid SO 2 64 g/mol Schwefeltrioid SO 3 80 g/mol Chlordioid ClO 2 67,5 g/mol Dichlorheptaoid Cl 2 O 7 183 g/mol 3
m [g] 256 83,2 84 76 96 n [mol] 4 2,6 3 4 8 M [g mol 1 ] 64 32 28 44 12 Stoff SO 2 S oder O 2 N 2 CO 2 C Stoff 2 O SO 2 CO 2 SO 3 P 2 O 5 M [g mol 1 ] 18 64 44 80 142 n [mol] 83,3 3 2 2 0,5 m [g] 15000 192 88 160 71 Seite 12: Stöchiometrische Berechnungen Schritt für Schritt Berechnen Sie, wie viel Gramm Schwefel zur Bildung von 66 g Eisen(II)-sulfid benötigt werden. a: Gesucht: m S Gegeben: m FeS =66g b: Reaktionsgleichung: Fe + S FeS c: Rechnung: m m Fe FeS n = n d: Ergebnis: m S =24g Fe FeS M M Fe FeS 1mol 32g mol 66g m S = 1 1mol 88g mol e: Antwort: Zur Bildung von 66 g Eisen(II)-sulfid werden 24 g Schwefel benötigt. 2gFe: 2,8 g Fe 2 O 3 15 g Fe: 22 g Fe 2 O 3 Seite 13: Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit Temperatur, Druck, Konzentration, Zerteilungsgrad, Verwendung eines Katalysators Die Teilchen müssen zusammenstoßen, wobei sie eine gewisse Mindestenergie haben müssen und sich in der richtigen räumlichen Lage zueinander befinden müssen. 1 26 g Fe: 37 g Fe 2 O 3 32 g Fe: 46 g Fe 2 O 3 40 g Fe: 57 g Fe 2 O 3 Es ergibt sich ein linearer Kurvenverlauf. 60 50 40 30 20 10 0 0 m Fe2O 3 10 20 30 40 m Fe Erhöhung der Temperatur Erhöhung des Druckes Erhöhung der Konzentration Erhöhung des Zerteilungsgrades Einsatz eines Katalysators Temperaturerhöhung Teilchen bewegen sich schneller. Druckerhöhung bei Gasen =ˆ Konzentrationserhöhung bei Flüssigkeiten =ˆ stärkere Zerteilung bei Feststoffen mehr Teilchen im Raum 4. Einsatz von Braunstein als Katalysator; Erwärmen der Wasserstoffperoid-Lösung; Verwendung von höher konzentrierter Wasserstoffperoid-Lösung Seite 14: Atombau und Periodensystem Nach dem Kern/ülle-Modell enthalten Atome ebenso viele Protonen im Kern wie Elektronen in der ülle; nach dem Schalenmodell sind die Elektronen in bestimmten Bahnen oder Schalen um den Kern angeordnet. Diese werden mit den Buchstaben K, L, M, N usw. bezeichnet. Die K-Schale kann 2 Elektronen, die L-Schale kann 8 Elektronen aufnehmen. Die Außenschale der Atome kann maimal 8 Elektronen aufnehmen. Die Atome der Edelgase besitzen solche maimal gefüllten Außenschalen. Sie sind daher chemisch sehr reaktionsträge. Schalenmodell: Elementsymbol: Name: 13+ 19+ 9+ 10+ Energieniveauschema des Aluminium-Atoms Elektronen der M-Schale Elektronen der L-Schale Elektronen der K-Schale Atomkern Energieniveauschema des Argon-Atoms Elektronen der M-Schale Elektronen der L-Schale Elektronen der K-Schale Atomkern Al Aluminium K Kalium 13 p + 14 n 18 p + 22 n F Fluor Ne Neon Abstand Energiestufe Energiestufe Energiestufe Abstand Energiestufe Energiestufe Energiestufe 4
Seite 15: Elementfamilien und Periodensystem 1 2 3 4 5 6 1 2 13 14 15 16 17 18 Na Mg Cl Ne Nach Abgabe eines Elektrons hat das Lithium-Ion einen Überschuss an positiver Ladung. Nach Aufnahme eines Elektrons hat das Chlorid-Ion einen Überschuss an negativer Ladung. ) 20+ 16+ 20+ 16+ Elementfamilie Alkalimetalle Erdalkalimetalle Grenze Metalle/Nichtmetalle alogene Elementfamilie Elementfamilie Elementfamilie Edelgase b) Ca + S Ca 2+ + S 2 5 Gruppe:.... 16 Elementname: Sauerstoff Periode:... 2 16,0:...... Atommasse in u O:........ Elementsymbol 8:........ Ordnungszahl Bsp. Stoffart Teilchenart Stoffkl. MF VF E V A I M S B S Stoffe (in Wasser) a) Cl Cl b) Ne c) F 2 F 2 d) NaBr e) Ca(O) 2 Seite 16: Ein spiralförmiges Periodensystem Seite 17: Wie sich Ionen bilden 3+ 17+ 3+ 17+ Li + Cl Li + + Cl 9+ 12+ 9+ 9+ 12+ 9+ F Ca 2+, S 2 : Argon-Atom; F und Mg 2+ : Neon-Atom Seite 18: Atombindung Oktettregel Elektronenformel Name der Molekülsubstanz Wasser Formel der Molekülsubstanz Kalottenmodell Gestalten Sie die Atome farbig: Stickstoff blau, Sauerstoff rot, Kohlenstoff schwarz, Wasserstoff grau. Elektronenformel in Strichschreibweise unter Anwendung der Oktettregel (Markierung durch Kreise) Elektronenformel in Punktschreibweise unter Berücksichtigung des Elektronenpaarabstoßungsmodells (EPA-Modell) Ammoniak Kohlenstoffdioid 2 O N 3 CO 2 Elektronegativitätsdifferenz 1,4 0,9 1,0 der Bindungspartner räumliche Struktur gewinkelt gewinkelt gestreckt (Bindungswinkel zwischen den 105 107 180 Atomen) Ladungsverteilung im Molekül unsymmetr. unsymmetr. symmetr. Dipolcharakter der Moleküle polar polar unpolar Löslichkeit in Wasser sehr gut mäßig löslich Schmelztemperatur in C Siedetemperatur in C + Mg + F F + Mg 2+ + F O S = 0 S = 78 S = 57 V = 100 V = 33 V = 79* Aussage über zwischenvorhanden molekulare Kräfte vorhanden vorhanden (VAN-DER-WAALS-Kräfte) Aussage über Wasserstoff- sehr stark schwach nicht vorh. brückenbindungen * sublimiert unter Druck O N N O C O O C O
Seite 19: Ionenbindung Ionensubstanzen Die Ionensubstanz Kaliumchlorid ist aus positiv geladenen Kalium-Ionen und negativ geladenen Chlorid-Ionen aufgebaut. Kaliumchlorid ist ein Salz. Die symmetrische Anordnung der Ionen bezeichnet man als Ionengitter. Das Zahlenverhältnis der Kalium-Ionen und Chlorid-Ionen im Ionengitter beträgt 1 : Die in den Ionenkristallen auftretende Bindungsart heißt Ionenbindung (Ionenbeziehung). Diese Bindungsart ist durch spezielle Merkmale und Eigenschaften gekennzeichnet. Von den Ionen gehen starke elektrische Kräfte aus. Sie wirken in allen Richtungen des Raumes. Aus den elektrischen Kräften zwischen den positiv und negativ geladenen Ionen erklären sich die relativ hohen Schmelztemperaturen und Siedetemperaturen der Ionensubstanzen. Im Ionenkristall sind die Ionen unbeweglich und leiten den elektrischen Strom nicht. Beim Schmelzen und Lösen im Wasser müssen die Gitterkräfte überwunden werden. Aus im Gitter unbeweglichen Ionen entstehen frei bewegliche Ionen. Die Schmelzen und Lösungen leiten den elektrischen Strom. Die frei beweglichen Ionen sind die Ladungsträger. Den Zerfall von Ionensubstanzen in frei bewegliche Ionen bezeichnet man als elektrolytische Dissoziation. Mit ilfe der chemischen Zeichensprache schreibt der Chemiker die Dissoziationsgleichungen, z. B.: KCl K + + Cl Name des Salzes Schmelz- Löslichkeit Verw. des Salzes temperatur in Wasser Natriumchlorid 801 C ja Kochsalz, erstel- (Steinsalz) lung von Chlor Kaliumchlorid 770 C ja Düngemittel; erstellung v. Kalilauge Calciumchlorid 772 C ja Kühlmittel, Trockenmittel Silberbromid 430 C nein Fotografie Seite 20: Dissoziation von Ionensubstanzen Name chemische Verhältnis- Zahlendes Stoffes Zeichen für formel verhältnis Kationen Anionen der Ionen der Ionen Calciumchlorid Ca 2+ Cl CaCl 2 1:2 Magnesiumoid Mg 2+ O 2 MgO 1 : 1 Aluminiumoid Al 3+ O 2 Al 2 O 3 2:3 Natriumsulfid Na + S 2 Na 2 S 2 : 1 Bariumbromid Ba 2+ Br BaBr 2 1:2 Ion Ladung Anzahl der Teilgleichung des für die Bildung Ions abge. aufge. der Ionen Elektr. Elektr. aus Atomen + +1 1 + +e Mg 2+ +2 2 Mg Mg 2+ +2e Al 3+ +3 3 Al Al 3+ +3e I 1 1 I + e I O 2 2 2 O + 2 e O 2 Dissoziationsgleichung Name des Name des Kations Anions NaCl Na + + Cl Natrium-Ion Chlorid-Ion Mgl 2 Mg 2+ + 2 l Magnesium-Ion Iodid-Ion AlBr 3 Al 3+ + 3 Br Aluminium-Ion Bromid-Ion CuCl 2 Cu 2+ + 2 Cl Kupfer(II)-Ion Chlorid-Ion CaCl 2 Ca 2+ + 2 Cl Calcium-Ion Chlorid-Ion 4. a) Kaliumbromid: KBr K + +Br b) Natriumiodid: NaI Na + +I c) Magnesiumchlorid: MgCl 2 Mg 2+ +2Cl d) Aluminiumfluorid: AlF 3 Al 3+ +3F Seite 21: Vergleich: Atombindung polare Bindung Ionenbindung a) b) Atombindung Cl Cl polare Atombindung Ionenbindung EN = 0 EN = 0,9 EN = 2,1 a) Das gemeinsame Das gemeinsame Außenelektronen Elektronenpaar Elektronenpaar gehen von einem befindet sich befindet sich Atom zum symmetrisch asymmetrisch anderen Atom zwischen zwischen über, Bildung beiden Atomen. beiden Atomen. von Ionen. b) weder Ladungen Es treten Es treten Ladunnoch Ladungs- Ladungsschwer- gen auf. schwerpunkte punkte auf. c) EN ist 0. EN ist kleiner 1,7. EN ist größer 1,7. d) Es treten Elektrostatische Im Ionengitter zwischenmole- Kräfte führen treten starke kulare Kräfte zur Dipolbildung. elektrische auf Kräfte auf. e) Beim Lösen im Beim Lösen im Beim Lösen im Wasser bilden Wasser bilden Wasser entstehen sich keine Ionen. sich durch Defor- frei bewegliche mierung der Dipol- Ionen (durch Zer- Moleküle Ionen. fall des Ionenkristalls). Cl Na [ + Cl ] 6
Seite 22: So bilden sich Moleküle Energie Energie L Energie L Seite 24: Eigenschaften saurer Lösungen a) Indikatoren b) Phenolphthalein: farblos; Bromthymolblau: gelb; Universalindikator: gelb bis rot Wasserstoff K Sauerstoff O K Stickstoff N K und Saure Lösungen leiten den elektrischen Strom: Sie enthalten Ionen: Wasserstoff-Ionen, + (aq). anziehende Kräfte abstoßende Kräfte Kräfte im Wasserstoff-Molekül zwischen zwei Wasserstoff-Atomen Anziehung zwischen: Abstoßung zwischen: Ausgleich der Kräfte durch: positivem Kern gleich geladenen gemeinsames Elekund negativen Kernen bzw. tronenpaar zwi- Elektronen Elektronen schen den Kernen Im Wasserstoff-Molekül überlappen sich die beiden K- Schalen. Dadurch entsteht ein gemeinsames Eletronenpaar. Jedes der beiden so aneinander gebundenen Atome hat zwei Elektronen zur Verfügung und damit eine stabile Elektronenanordnung. Bei der Bildung von Molekülen aus Atomen wird Energie frei. Moleküle sind Teilchen mit mindestens einem gemeinsamen Elektronenpaar. Weitere Stoffe, die solche zweiatomigen Moleküle bilden, sind zum Beispiel: Sauerstoff, Stickstoff, Chlor. 4. Cl: ı Cl Cl ı ; O2 : / \ O O \ / N 2 : ın Nı Seite 23: Metallische Bindung Eigenschaften der Metalle Der weitaus größte Teil der chemischen Elemente sind Metalle. Zu ihnen gehören die älfte aller Gruppenelemente und alle Übergangsgruppenelemente. Sie zeichnen sich durch folgende charakteristische Eigenschaften aus: Sie leiten die Wärme und den elektrischen Strom sehr gut. Typisch sind auch die plastische Verformbarkeit und der metallische Glanz. Die besonderen Eigenschaften der Metalle hängen mit dem Bau der Atome und der Anordnung der Atome in den Metallgittern zusammen. Die Elektronen sind im Elektronengas frei beweglich. Sie werden leicht von Atom zu Atom verschoben, wenn eine elektrische Spannung angelegt wird. 4. Bei mechanischen Einwirkungen werden in einem Metall die Metall-Ionen im Metallgitter verschoben. Die Atomrümpfe stoßen sich nicht ab, weil sie vom Elektronengas zusammengehalten werden. Die Gitterstruktur ändert sich nicht. 4. Bei der Reaktion bildet sich ein Gas. Mg (s) + 2 + (aq) + 2 Cl (aq) Mg 2+ (aq) + 2 Cl (aq) + 2 (g) 5. Säuren sind Molekülverbindungen, die beim lösen in Wasser in Wasserstoff-Ionen und Säurerest-Ionen zerfallen. Seite 25: Eigenschaften alkalischer Lösungen a) Indikatoren b) Phenolphthalein: rot; Bromthymolblau: blau; Universalindikator: blau bis violett und Alkalische Lösungen leiten den elektrischen Strom: Sie enthalten Ionen: ydroid-ionen, O (aq). 4. NaO (s) Na + (aq) + O (aq) 2 Na (s) + 2 2 O (l) 2 Na + (aq) + 2 O (aq) + 2 (g) 5. CaO (s) + 2 2 O (l) Ca 2+ (aq) + 2 O (aq) 6. Eine Neutralisation: + (aq) + O (aq) 2 O (l) Seite 26: Überblick: Säuren und saure Lösungen Nichtmetalloid Säure Säurerest-Ion Name Formel Name Formel Name des Ions Formel Kohlenstoff- CO 2 Kohlensäure 2 CO 3 ydrogencarbonat-ion - CO 3 2- dioid Carbonat-Ion CO 3 Schwefel- SO 2 Schweflige 2SO 3 ydrogensulfit-ion SO 3 2 dioid Säure Sulfit-Ion SO 3 Schwefel- SO 3 Schwefelsäure 2 SO 4 ydrogensulfat-ion SO 4 2 trioid Sulfat-Ion SO 4 Phosphor- P 2 O 5 Phosphorsäure 3 PO 4 Dihydrogenphosphat-Ion 2 PO 4 2 oid ydrogenphosphat-ion PO 4 3 Phosphat-Ion PO 4 Stickstoff- NO 2 Salpetersäure NO 3 Nitrat-Ion NO 3 dioid Bildung von sauerstoffhaltigen Säuren: Nichtmetalloid + Wasser Säure Wasser saure Lösung 7
alogen Säure Säurerest-Ion Seite 27: Überblick: ydroide NaO Na + +O Ca(O) 2 Ca 2+ +2O festes Kaliumhydroid: keine elektrische Leitfähigkeit, Ionen im Ionengitter Kaliumhydroid-Lösung: elektrische Leitfähigkeit auf Grund frei beweglicher Ionen 4. 5. Name Formel Name Formel Name des Ions Formel Fluor F 2 ydrogen- F (aq) Fluorid-Ion F - fluorid Chlor Cl 2 ydrogen- Cl (aq) Chlorid-Ion Cl chlorid Brom Br 2 ydrogen- Br (aq) Bromid-Ion Br bromid Iod I 2 ydrogen- l (aq) Iodid-Ion I iodid Name des Formel chemische Zeichen Zahlen- Stoffes für verhältnis Kationen Anionen der Ione Natriumhydroid NaO Na + O 1:1 Kaliumhydroid KO K + O 1:1 Calciumhydroid Ca(O) 2 Ca 2+ O 1:2 Bariumhydroid Ba(O) 2 Ba 2+ O 1:2 ydroid Bezeichnung Bezeichnung für Feststoffe für Lösungen Natriumhydroid Ätznatron Natronlauge Kaliumhydroid Ätzkali Kalilauge Calciumhydroid Löschkalk Kalkwasser Bariumhydroid Bariumhydroid-ydrat Barytwasser ydroid Gewinnung aus Beispiele für die Verwendung der ydroide Natriumhydroid Steinsalz (NaCl) erstellung von Seifen, Waschmittel, Zellwolle, Kunstseide Kaliumhydroid Kali (KCl) Industriereiniger, Batterieflüssigkeit Calciumhydroid Kalkstein (CaCO 3 ) Bauindustrie als Mörtelbestandteil Bildung von ydrogenhalogenid: alogen + Wasserstoff ydrogenhalogenid Wasser saure Lösung Seite 28: Säuren, Basen, Salze alles klar? Indikatoren: z. B. Universalindikator-Lösung, Phenolphthalein, Lackmus saure Lösung basische Lösung Farbe mit Indikator: orange bis rot blaugrün bis blau z. B. Universalindikator Name der wirksamen Wasserstoff-Ionen ydroid-ionen Ionen in der Lösung Name der Gegen-Ionen in der Lösung Säurerest-Ionen Metall-Ionen Leitfähigkeit + + Gefahr- konz. stoff- Lösung ätzend (C) ätzend (C) symbol verd. Lösung reizend (Xi) reizend (Xi) Dissoziations- Cl + +Cl NaO Na + +O Vereinigung von Wasserstoff-Ionen und ydroid-ionen zu Wasser, Bildung von Salzlösungen (Salze), Wärme wird frei. 4. gleichungen 2 SO 4 Ca(O) 2 (Beispiele) 2 + +SO 4 2 Ca(NO 3 ) 2 NO 3 ; Ca(O) 2 KF F; KO 5. a) 2 + + SO 2 4 + 2 K + +2O 2K + 2 + SO 4 +2 2 O b) 2 + +2O 2 2 O 6. Na 3 PO 4 3Na + +PO 4 3 ; Ca(CO 3 ) 2 Ca 2+ +2CO 3 Seite 29: Reaktionen mit Protonenübergang a) Das Wasser-Molekül gibt ein + an das Ammoniak- Molekül ab; es entsteht ein ydroid- N O N Ion und ein Ammonium-Ion. b) Protonenabgabe: 2 O + +O Protonenaufnahme: N 3 + + N 4 + Gesamtreaktion: N 3 + 2 O N 4 + +O a) b) ydronium-ion Cl Li 2 SO 3 K 3 PO 4 Ca 2+ +2O 2 SO 3 ; LiO 3 PO 4 ; KO + + + + + + O + + Cl O O 8
c) Protonenabgabe: Cl + +Cl Protonenaufnahme: 2 O+ + 3 O + Gesamtreaktion: Cl + 2 O Cl + 3 O + a) N 3 + Cl N + 4 +Cl b) 2 S+ 2 O S + 3 O + c) 2 SO 4 + 2 O SO 4 + 3 O + SO 4 + 2 O SO 4 2 + 3 O + a) ±0 +1 1 +2 1 ±0 Zn (s) + 2 Cl (aq) ZnCl 2 (aq) + 2 (g) O: Zn Zn 2+ +2e ; Red: 2 + +2e 2 b) ±0 +3 2 ±0 +3 2 2Al(s) + Fe 2 O 3 (s) 2Fe(s)+Al 2 O 3 (s) O: 2 Al 2Al 3+ +6e ; Red: 2Fe 3+ +6e 2Fe Seite 30: Bildung und Benennung von Salzen a) Ca (s) + Cl 2 (g) CaCl 2 (s) Calcium + Chlor Calciumchlorid Metall + Nichtmetall Salz b) Ca (s) + 2 + (aq) + 2 Cl (aq) Ca 2+ (aq) + 2 Cl (aq) + 2 (g) Calcium + Salzsäure Calciumchlorid-Lösung + Wasserstoff Metall + saure Lösung Salz-Lösung + Wasserstoff c) CaO (s) + 2 + (aq) + 2 Cl (aq) Ca 2+ (aq) + 2 Cl (aq) + 2 O (l) Calciumoid + Salzsäure Calciumchlorid-Lösung + Wasser Metalloid + saure Lösung Salz-Lösung + Wasser d) Ca(O) 2 (s) + 2 + (aq) + 2 Cl (aq) Ca 2+ (aq) + 2 Cl (aq) + 2 2 O (l) Calciumhydroid + Salzsäure Calciumchlorid-Lösung + Wasser Metallhydroid + saure Lösung Salz-Lösung + Wasser Name Formel Name Formel Ionen der Säure des Salzes Salzsäure Cl (aq) Kaliumchlorid KCl K + ; Cl Schwefel- 2 SO 4 Natriumsulfat Na 2 SO 4 Na + 2 ; SO 4 säure Schweflige 2 SO 3 Natriumsulfit Na 2 SO 3 Na + 2 ; SO 3 Säure Kohlensäure 2 CO 3 Natriumcarbonat Na 2 CO 3 Na + 2 ; CO 3 Kohlensäure 2 CO 3 Natriumhydro- NaCO 3 Na + ; CO 3 gencarbonat Salpetersäure NO 3 Calciumnitrat Ca(NO 3 ) 2 Ca 2+ ; NO 3 Phosphorsäure 3 PO 4 Kaliumphosphat K 3 PO 4 K + ; PO 4 3 Iodwasser- I Aluminiumiodid All 3 Al 3+ ; I stoffsäure Schwefelsäure 2 SO 4 Kaliumhydro- KSO 4 K + ; SO 4 gensulfat Seite 31: Redoreaktionen Elektronenabgabe = Oidation Elektronenaufnahme = Reduktion Oidationszahl wird größer. = Oidation Oidationszahl wird kleiner. = Reduktion c) ±0 ±0 +2 1 Mg (s) + Cl 2 (g) MgCl 2 (s) O: Mg Mg 2+ +2e ; Red: Cl 2 +2e 2Cl d) AgNO 3 (ag) + NaCl (ag) AgCl (s) + NaNO 3 (aq) Es findet kein Elektronenübergang statt; die Oidationszahlen ändern sich nicht, daher keine Redoreaktion. e) ±0 ±0 +1 2 2 2 (g) + O 2 (g) 2 2 O (l) O: 2 2 + +2e ; Red: O 2 +4e 2O 2 ±0 ±0 +3 1 2Al+3Cl 2 2 AlCl 3 2Al 2Al 3+ +6e 3Cl 2 +6e 6Cl Elektronenabgabe = Oidation Elektronenaufnahme = Reduktion Seite 32: Oidationszahlen ±0 ±0 +6 2 ±0 +2 2 +1 +42 +1 2 Mg; Cl 2 ; SO 3 ; N 2 ; Mg(O) 2 ; CO 2 ; K 2 O +1 +52 +2 2+1 +2 +5 2 +2 +5 2 +11 +1 +6 2 3 PO 4 ; Ca(O) 2 ; Cu(NO 3 ) 2 ; Mg 3 (PO 4 ) 3 ; Cl; Na 2 SO 4 +1 5 2 +3 2 +1 +3 1 Cu 2 SO 4 Al(O) 3 FeCl 2 +6 S +1 +5 2 +102 +22 Mg(NO 3 ) 2 P 2 O 5 SiO 2 +2 Mg +3 2+1 +3 2 +6 3 Ca(O) 2 NO 2 CO 2 +2 Ca richtig +5 P richtig +2 Fe +4 2 CO 2 Seite 33: Redoreaktion und Protolyse a) N 3 (g) + Cl (g) N 4 Cl (s) Reaktion mit Protonenübergang, weil + von Cl auf N 3 übertragen worden ist. +4 Si 9
b) Zn (s) + 2 NO 3 (aq) Zn(NO 3 ) 2 (aq) + 2 (g) Redoreaktion, weil sich die Oidationszahlen ändern 0 +2 +1 0 (Zn Zn; ). a) Atomanordnung Atomanordnung Atomanordnung in der im Metall Kupfer im Metall Zink Legierung Messing c) 2 N + 4 +SO 2 4 +Ba 2+ + 2 Cl BaSO 4 +2N + 4 +2Cl Fällungsreaktion, weil sich ein weißer Niederschlag aus BaSO 4 bildet. Redoreaktion Reaktion mit Protonenübergang (Protolyse) Beispiel- Zn (s) + 2 NO 3 (aq) N 3 (g) + Cl (g) reaktion: Zn(NO 3 ) 2 (aq) + 2 (g) N 4 Cl (s) erste Teilreaktion: Oidation Säurereaktion (Elektronenabgabe) (Protonenabgabe) Teilgleichung: Zn Zn 2+ + 2e Cl + + Cl zweite Reduktion Basereaktion Teilreaktion: (Elektronenaufnahme) (Protonenaufnahme) Teilgleichung: 2 + + 2e 2 + + + N 3 N 4 Mittel: Oidationsmittel: + Base: N 3 Akzeptor: (Elektronen aufnehmen- (Protonen aufnehmender Stoff/e-Akzeptor) der Stoff/p-Donator) Reduktionsmittel: Zn Säure: Cl Donator: (e -abgebender Stoff/ (p + -abgebender Stoff/ e-donator) p-donator) übergehende Elektronen (e ) Protonen (p + ); + Teilchen: a) Redoreaktion: z. B. ochofenprozess: C (s) + O 2 (g) CO 2 (g); CO 2 (g) + C (s) 2CO(g) Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g) 2Fe(l)+3CO 2 (g) b) Protolysereaktion: z. B. Düngemittelproduktion: N 3 (g) + Cl (g) N 4 Cl (s) Seite 34: Eigenschaften und Verwendung von Metallen Eigenschaft Verwendung im Alltag geeignete und in der Technik Metalle elektrische Leitfähigkeit Kabel in der Elektrotechnik Cu Wärmeleitfähigkeit eizgeräte, Kühlschlangen Cu, Fe plastische erstellung von Draht, Folien Al, Cu Verformbarkeit metallischer Glanz erstellung von Schmuck Au, Ag, Pt Korrosionsbeständigkeit Dachrinnen, Fahrzeugteile Cr, Zn (Beständigkeit gegen Rosten) Verwendungsmöglichkeit Akkumulatoren (Fahrzeugbatterie) Überzug als Schutz vor Korrosion Teile für Flugzeuge und Fahrzeuge Stahl für Brücken und Maschinen Leiterelement in der Elektrotechnik Schmuckgegenstände, Zahnfüllungen Metalle Blei Zink Aluminium Eisen Kupfer Gold b) Messing ist leichter als Gold. Gold hat eine größere Dichte als Kupfer und Zink. c) Blasinstrumente, Türbeschläge, altegriffe Seite 35: Vorgänge im ochofen a) In der Vorwärmzone werden Koks, Eisenerz und Kalkstein aufgewärmt, bis sie eine Temperatur von 500 C erreicht haben. b) In der Reduktionszone wird Eisenoid durch Kohlenstoffmonoid reduziert. Es entstehen Eisen und Kohlenstoffdioid. c) Das eigentliche Reduktionsmittel ist Kohlenstoffmonoid. Es bildet sich in der Schmelzzone aus Kohlenstoff und Sauerstoff und in der Reduktionszone aus Kohlendioid und Kohlenstoff. d) Durch die flüssige Schlacke, die auf dem flüssigen Eisen schwimmt, wird das Eisen vor erneuter Oidation geschützt. Vorwärmzone: 200 C500 C Reduktionszone: 900 C Schmelzzone: 1400 C2000 C Schlacke entsteht aus dem Gesteinsanteil (Gangart) des Erzes und den Zuschlägen. 4. Roheisen besteht aus Eisen (etwa 90 %), Kohlenstoff (etwa 4 %) und weiteren Stoffen (Mangan, Silicium, Phosphor, Schwefel). 5. Für die erstellung von 800 kg Roheisen benötigt man 1600 kg Eisenerz, 400 kg Koks, 240 kg Zuschläge und 1200 m3 eißluft. Als Nebenprodukte bilden sich 2 400 kg Gichtgas und 480 kg Schlacke. Seite 36: Eigenschaften der alogene Zunahme der Atommasse Zunahme des Atomradius Zunahme der Schmelztemperatur Zunahme der Siedetemperatur Zunahme der Dichte Abnahme der Reaktivität gegenüber Wasserstoff Abnahme der Reaktivität gegenüber Metallen Eisen + Chlor Eisenchlorid Wasserstoff + Brom ydrogenbromid Natrium + Iod Natriumiodid Mg + Cl 2 MgCl 2 2 Na + I 2 2 NaI 2 K + Br 2 2 KBr 2 Li + F 2 2 LiF Cu + Cl 2 CuCl 2 Cl 2 + 2 KI 2 KCl + I 2 10
Seite 37: Reaktivität der alogene im Vergleich Seite 40: Eigenschaften der Erdalkalimetalle 2 Na (l) + Cl 2 (g) 2 NaCl (s) Alle alogene müssen in ähnlicher Konzentration vorliegen. Daher müssen sie gasförmig sein. Das Natrium muss immer gleich heiß und das Natriumstück immer gleich groß sein. a), b) Natriumbromid + Chlorwasser Natriumchlorid + Brom 2 NaBr + Cl 2 2 NaCl + Br 2 Natriumiodid + ydrogenbromid Natriumbromid + Iod 2 NaI + Br 2 2 NaBr + I 2 Natriumiodid + Chlorwasser Natriumchlorid + Iod 2 NaI + Cl 2 2 NaCl + I 2 Seite 38: Eigenschaften der Edelgase Zunahme der Atommasse Zunahme des Atomradius Zunahme der Schmelztemperatur Zunahme der Siedetemperatur Zunahme der Dichte elium: Ballongas, Bestandteil des Atemgases für Taucher, Kühlmittel Neon: Füllgas in Leuchtstoffröhren, Laser Argon: Schutzgas beim Schweißen, Füllgas in Glühlampen Krypton: Füllgas in Kryptonlampen, Füllgas für Geiger-Müller-Zähler Xenon: Füllgas in Speziallampen (z. B. Pkw-Scheinwerfer, Flutlichtanlagen) a) V (Ballon) = 3 m 3 ; ρ (Luft) = 1,2 g L 1 m (Luft) = r (Luft) V (Ballon) = 1,2 g L 1 3000 L = 3600 g b) V (Ballon) = 3 m 3 ; r (e) = 0,17 g L 1 m (e) = r (e) V (Ballon) = 0,17 g L 1 3000 L = 510 g c) m (Ballonmaterial) + m (e) < m (Luft) m (Ballonmaterial) < m (Luft) m (e) m (Ballonmaterial) < 3600 g 510 g m (Ballonmaterial) < 3090 g Seite 39: Eigenschaften der Alkalimetalle Zunahme der Atommasse Zunahme des Atomradius Abnahme der Schmelztemperatur Zunahme der Dichte Abnahme der ärte Zunahme der Reaktivität gegenüber Sauerstoff Zunahme der Reaktivität gegenüber Wasser Kalium + Wasser Kaliumhydroid + Wasserstoff Natrium + Wasser Natriumhydroid + Wasserstoff Lithium + Sauerstoff Lithiumoid 2 Cs + 2 2 O 2 CsO + 2 2 Rb + 2 2 O 2 RbO + 2 4 Li + O 2 2 Li 2 O a) Zunahme der Atommasse Zunahme des Atomradius Zunahme der Dichte Abnahme der ärte Zunahme der Reaktivität gegenüber Sauerstoff Zunahme der Reaktivität gegenüber Wasser Zunahme der Löslichkeit des ydroids b) Die Schmelztemperatur ändert sich nicht eindeutig parallel zur Atommasse: Die Schmelztemperatur von Magnesium liegt niedriger als die Schmelztemperatur von Calcium. Calcium + Wasser Calciumhydroid + Wasserstoff Bariumoid + Wasser Bariumhydroid Sr + 2 2 O Sr(O) 2 + 2 2 Mg + O 2 2 MgO Ba + 2 2 O Ba(O) 2 + 2 Seite 41: Ähnlich und doch verschieden Ca (s) + 2 2 O (l) Ca(O) 2 (s) + 2 (g); eotherm Alkalimetallhydroid: MeO Erdalkalimetallhydroid: Me(O) 2 ydroide der Alkalimetalle lösen sich gut in Wasser. ydroide der Erdalkalimetalle lösen sich nur wenig in Wasser. Carbonate der Alkalimetalle lösen sich gut in Wasser. Carbonate der Erdalkalimetalle lösen sich nur wenig in Wasser. Alkalimetall-Ion: Me +, Erdalkalimetall-Ion: Me 2+ Seite 42: Ammoniak Technische Durchführung der Ammoniaksynthese a) Mit steigender Temperatur sinkt die Ausbeute an N 3. b) Mit steigendem Druck wächst die Ausbeute an N 3 ;30MPa besser als 20 MPa. c) Bei niedrigerer Temperatur arbeitet der Katalysator nicht, weil die Reaktionsgeschwindigkeit zu gering ist; bei höherem Druck ist der Arbeitsschutz zu aufwändig. Salpetersäure und ihre Reaktionen a) 4N 3 +5O 2 4NO+6 2 O; eotherm b) 4NO+2O 2 4NO 2 ; eotherm c) 4NO 2 +2 2 O+O 2 4 NO 3 ; eotherm Beim Einleiten entstehen Wasserstoff-Ionen, die die Farbänderung bewirken. Wasser NO 3 + (aq) + NO 3 (aq) 11
Seite 43: Vom Sand zum Glas Rohstoffe: Schmelze: Formgebung: c) CaCO 3 (s) + 2 + (aq) Ca 2+ (aq) + 2 O (l) + CO 2 (g) Zn (s) + 2 + (aq) Zn 2+ (aq) + 2 (g) 1 2 Quarzsand SiO2 Soda Na 2 CO 3 5 C 2 Pressen 6 Ziehen 7 d) 3 Kalk CaCO 4 1300 3 C Blasen 8 Quarzsand, Soda, gemahlener Kalkstein werden gemischt und auf 1300 C erwärmt. Es entweicht Kohlenstoffdioid. Die zähflüssige Schmelze wird bei 900 C weiterverarbeitet. Die Bindungen zwischen den Silicium-Atomen und den Sauerstoff-Atomen in den Silicium-Tetraedern brechen beim Schmelzen auf. Das Kristallgitter bricht zusammen. 4. ➅ Gläser, Schüsseln, ➆ Glasscheiben, ➇ Glaskugeln, Vasen, teure Trinkgläser Seite 44: Der technische Kalkkreislauf d: Abbinden e: CO 2 f: 2 O a: Löschkalk b: Ca(O) 2 c: Calciumhydroid d: Löschen eotherm a: Kalkstein b: CaCO 3 c: Calciumcarbonat e: 2 O a: Branntkalk b: CaO c: Calciumoid f: CO 2 d: Brennen endotherm Die Reaktionsprodukte jeder Reaktion dienen als Ausgangsstoffe der Folgereaktionen. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) CaO (s) + 2 O (l) Ca(O) 2 (s) Ca(O) 2 (s) + CO 2 (g) CaCO 3 (s) + 2 O (l) Seite 45: Saurer Regen Die Luft enthält Kohlenstoffdioid und durch vulkanische Aktivitäten auch etwas Schwefeldioid. Diese Gase setzen sich mit Regen zu schwach sauren Lösungen um. a), b) CO 2 (g) + 2 O (l) 2 CO 3 (aq) 2 NO 2 (g) + 2 O (l) NO 3 (aq) + NO 2 (aq) SO 2 (g) + 2 O (l) 2 SO 3 (aq) SO 3 (s) + 2 O (l) 2 SO 4 (aq) e) Seen in kalkhaltigen Gebieten versauern nicht so schnell, da die Säuren durch die Reaktion mit Kalk verbraucht werden. Seite 46: Wie funktioniert ein Katalysator im Auto? Stickstoff, Wasser, Stickstoffmonoid, Stickstoffdioid, Kohlenstoffmonoid, Kohlenstoffdioid b) 2 C 8 18 + 25 O 2 16 CO 2 + 18 2 O a) 2 CO + O 2 2 CO 2 2 CO + 2 NO 2 CO 2 + N 2 b) Kohlenstoffmonoid wird durch Sauerstoff zu Kohlenstoffdioid oidiert. Außerdem reagiert Kohlenstoffmonoid mit Stickstoffmonoid zu Kohlenstoffdioid und Stickstoff. Fahrzeugtyp Kohlenstoffmonoid Stickstoffoide Benzinfahrzeug 1,5 g pro km 0,2 g pro km Dieselfahrzeug 0,5 g pro km 0,5 g pro km Seite 47: Was man über Waldbrände wissen sollte Zigarettenstummel, Grillfeuer, Brandstiftung, Unfälle Erdfeuer zerstören die Wurzeln. Das führt zum Absterben der Pflanzen. Bodenfeuer zerstören die Pflanzen. Als Folge von Bodenfeuern werden die Mineralstoffe des Bodens leichter ausgewaschen. Dies führt zu Mangelerscheinungen. Kronenfeuer zerstören die dichten Baumkronen, bieten aber jungen Pflanzen gute Wachstumsbedingungen. Vollfeuer führen zum Absterben der Pflanzen, da Blätter, Nadeln und Knospen zerstört werden. Feuerschneisen bilden eine Sperre für die Ausbreitung eines Feuers. Laubholzstreifen behindern in Nadelholzbeständen die Ausbreitung des Feuers, weil Laubbäume nicht so schnell in Flammen aufgehen wie Nadelbäume. Durch größere Abstände zu Straßen wird die Gefahr der Entstehung von Brandherden durch brennende Zigarettenstummel oder durch Unfälle vermindert. Trockenes Unterholz ist leicht entzündbar und brennt lichterloh. Informationstafeln geben inweise auf Waldbrandgefahren und schränken die Gefahren durch Verbote und Regeln ein. 12
Seite 48: Stoffeigenschaften und Teilchenmodell A, B, D, E A, B A, B 4. B, C 5. C 6. A, B 7. A, B, C 8. A, D, F 9. A, B, D, E 10. B, D, E 1 A, B 1 B, C 1 B 14. (A), B Seite 49: Mischen und Trennen Seite 52: Redoreaktionen und Metall A, C C A 4. (C), D 5. B 6. A 7. A, D 8. A, C, D 9. A, E 10. B 1 A 1 A, C 1 C, D 14. B, E Seite 53: Chemische Verwandtschaften C, D D, E C, D, E 4. B, C 5. C 6. A 7. A, B, C, E,, I, K 8. B, C 9. B, D 10. A, D 1 A, B Seite 50: Chemische Reaktionen und Atome die kleinsten Teilchen der Materie A, D C A, B 4. B 5. B, C 6. B 7. A, C 8. C 9. D 10. C, D 1 D 1 C, D 1 B, C, D 14. A, B, E Seite 51: Säuren und Basen C, D, E A, C B, D 4. B, D 5. C 6. A, D 7. A, D 8. B, C 9. C, E 10. C, E 1 A, C 1 A, C, D 1 B, E 4. A, B, D 15. A, B B B, D, E A, C, D 4. A 5. B, C 6. D 7. A, C 8. B 9. B, D, F 10. B 1 C 1 B 1 A, E, F 14. A, D, E 15. B, C Seite 54: Wasser der Stoff Nummer Eins C, D A, C A, C, D, E 4. C, D, E 5. A 6. C, D, E 7. A, E 8. B, D 9. A, C, F 10. A, B 1 A Seite 55: Chemie und Umwelt A, B B, D, E A, C 4. B, D 5. A, B, C 6. B, C 7. B, C, D 8. A, B, C 9. B, C 10. B, C, D 1 A, B, C 1 B, C, D 1 B, C, D, E 13