Chemische Grundlagen, Bindungsarten Zu Erinnerung : Schematischer Aufbau eines Wasserstoffatoms Hier ist ein Lithiumatom schematisch dargestellt. Elektronen umkreisen den Kern in diskreten Bahnen IQ Technikum 2011 1von 9
Atombindung (kovalente Bindung, Elektronenpaarbindung) In der Atombindung bindet das bindende Elektronenpaar. Dieser Bindung bildet sich zwischen Atomen gleicher oder annähernd gleicher Elektronegativität. Das gemeinsame bindende Elektronenpaar ist sozusagen beiden Atomen gleichzeitig zugeordnet. Damit kann davon gesprochen werden, dass beide Atome die Oktettregel erfüllen. Wenn wir die schematische Darstellung von den Elektronenbahnen (-schalen) beibehalten, kann man sich Atombindungen etwa so vorstellen. IQ Technikum 2011 2von 9
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Bei der Ionenbindung bindet die Anziehungskraft der entgegengesetzten elektrischen Ladungen. Ionen bilden sich, wenn Atome mit hoher Elektronegativität mit Atomen niedriger Elektronegativität reagieren und eine chemische Bindung bilden. Sowohl das abgebende als auch das aufnehmende Atom besitzt nach der Reaktionen eine vollbesetzte äußere Elektronenschale, damit eine energetisch stabile Elektronenstruktur. Stoffe mit einer Ionenbindung sind sehr häufig fest und kristallin. Ionengitter am Beispiel von NaCl IQ Technikum 2011 4von 9
Ein Beispiel für das Aufstellen einer Reaktionsgleichung: Kupfer + Salpetersäure Kupferoxid + Stickstoffdioxid Eine Kupfermünze reagiert mit Salpetersäure heftig unter Bildung des giftigen Stickstoffdioxids. Stellen Sie die Reaktionsgleichung auf: 1. Ausgangsstoffe, Endstoffe: Cu + HNO 3 NO 2 + CuO 2. Oxidationszahlen bestimmen 3. Teilgleichungen aufstellen Oxidation: Cu CuO Reduktion: HNO 3 NO 2 4. Elektronenanzahl der jeweils aufgenommenen oder abgegebenen e- ermitteln Oxidation: Cu CuO + 2 e - Reduktion: HNO 3 + e - NO 2 5. Ladungssumme ausgleichen Cu CuO + 2 H 3 O + 2 e - HNO 3 + H 3 O + + e - NO 2 6. Stoffbilanz mit Wasser Cu + 3 H 2 O CuO + 2 H 3 O + 2 e - HNO 3 + H 3 O + + e - NO 2 + 2 H 2 O 7. Elektronenzahlen der Teilgleichungen untereinander ausgleichen (Reduktion mal 2) Cu + 3 H 2 O CuO + 2 H 3 O + 2 e - 2 HNO 3 + 2 H 3 O + + 2e - 2 NO 2 + 4 H 2 O 8. Teilgleichungen addieren Cu + 2 HNO 3 CuO + 2 NO 2 + H 2 O 9. Überlegen, ob Energie benötigt oder freigesetzt wird Cu + 2HNO 3 CuO + 2NO 2 + H 2 O + E IQ Technikum 2011 5von 9
10. Probe Cu: 1/1 H: 2/2 O: 6/6 N: 2/2 Ein Gemisch aus Eisenpulver und Schwefel wird erhitzt. Was entsteht? A. Ein einziges Element. B. Zwei andere Elemente. C. Eine Lösung. D. Eine Legierung. E. Eine Verbindung. Lösung: E Was ist ein Beispiel für eine chemische Reaktion? A. Eis schmilzt. B. Salzkristalle werden zu Pulver zermahlen. C. Holz brennt. D. Wasser verdunstet aus einer Pfütze. Lösung: C IQ Technikum 2011 6von 9
Was entsteht, wenn ein neutrales Atom ein Elektron verliert? A. Ein Gas B. Ein Ion C. Eine Säure D. Ein Molekül Lösung: B Was ist KEIN Beispiel für eine chemische Veränderung? A. Kochen von Wasser B. Rosten von Eisen C. Verbrennen von Holz D. Backen von Brot Lösung: A Bei welchem Vorgang handelt es sich um eine chemische Veränderung? A. Element 1 wird zu einem dünnen Blech gehämmert. B. Element 2 wird erhitzt und verwandelt sich in eine Flüssigkeit. C. Element 3 nimmt eine grünliche Farbe an, wenn es der Luft ausgesetzt wird. D. Element 4 wird zu einem feinen, glatten Pulver gemahlen. Lösung: C IQ Technikum 2011 7von 9
Will man berechnen, wieviel Masse eines Moles Stoff aufweist, zählt man die Atommassen aller vorhandenen Atome zusammen. Dies ergibt die Molmasse eines Stoffes zum Beispiel: Na 2 CO 3 (Soda oder Natriumcarbonat) Lösung: Aus dem Periodensystem oder aus den Tabellen kann abgelesen werden: Die Atommasse von Na ist 22,990 u, die Atommasse von C ist 12,011 u, die Atommasse von O ist 15,999 u. Die Verbindung ist aufgebaut aus... zwei Atomen Na einem Atom C drei Atomen O 2 x 22,990 u = 45,98 u 1 x 12,011 u = 12,011 u 3 x 15,999 u = 47,997 u Summe: 105,99 u 1 Molekül Soda hat damit die Masse 105,99 u (zur Erinnerung: 1 u sind 1,6x10-24 g). 1 Mol Soda hat damit die Masse 105,99 g (zur Erinnerung: 1 mol sind 6,022*10 23 Teilchen). Man sagt, Soda hat die molare Masse M = 105,99 g/mol. Umgekehrt sind beispielsweise 1 kg Soda: (1000 g) / (105,99 g/mol) = 9,4 mol. Der Zusammenhang zwischen Stoffmenge, Masse und molarer Masse ist: Stoffmenge (n) in Mol (mol) = Masse (m) in Gramm (g) molare Masse (M) in Gramm pro Mol (g/mol) IQ Technikum 2011 8von 9
Wieviel Sauerstoff und wieviel Wasserstoff werden benötigt, um 18g Wasser bei 25 C herzustellen? Wasserstoff und Sauerstoff reagieren nach der Reaktionsgleichung 2H 2 + O2 2H 2O Dabei reagieren 2 mol Wasserstoffmoleküle mit 1 mol Sauerstoffmolekülen zu 2 mol Wassermolekülen. Entsprechend reagieren also 1 mol Wasserstoffm. (2g) und 0,5 mol Sauerstoffm. (16g) zu 1mol Wasserm. mit der Masse 18g. IQ Technikum 2011 9von 9