[Chemie] Hilfe benötigt beim Lösen von Aufgaben?

1 Antwort

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DieChemikerin
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Atom, Chemieunterricht, Ionen
28.02.2024, 23:55

Hi,

uff, das sind viele Fragen - aber ich gebe mein Bestes! Ich hoffe, die Zeichen hier reichen dafür überhaupt aus...vorweg erstmal: Super, dass du dir - zumindest teilweise - erstmal eigene Gedanken über die Lösungsansätze gemacht hast!

Ich erkläre dir, wie man die Aufgaben löst, bzw. die Chemie dahinter, serviere dir aber keine vorformulierten Lösungen zum Abschreiben.

Aufgabe 1
a) Welche Masse und welche Ladung hat ein Neutron?
[Das weiß ich leider nicht. Ich weiß nur, dass Neutronen eine neutrale Ladung haben.

Damit weißt du schon mal eine Sache, die dir einen Punkt bringt.

Und wie kommt man auf die Masse von einem Neutron? Wie kommt man auf die Masse von einem Elektron? Wie kommt man auf die Masse von einem Proton? Wie schreibt man die Masse davon jeweils in der richtigen Schreibweise?

Die lernt man auswendig. Die Masse eines Neutrons hat etwa 1 u, die von einem Proton auch, und Elektronen wiegen quasi gar nichts. Wenn ich die Zahl richtig im Kopf habe - nagel' mich bitte nicht drauf fest -, machen Protonen und Neutronen (sprich der Atomkern) etwa 99,5% der Gesamtmasse eines Atoms aus.

Dieses u, was ich benutzt habe, nennt man atomare Masseneinheit und beträgt definitionsgemäß 1/12 der Kohlenstoffmasse.

b) Welches Element hat 33 Protonen im Kern?
[Das Element As (also Arsen) hat 33 Protonen im Kern und 33 Elektronen in der Elektronenhülle (Atomhülle)]

Korrekt. Dafür muss man einfach nach der Ordnungszahl 33 gucken.

c) Nennen Sie ein Element, dass 26 Neutronen im Kern hat.
[Das Element Ti (also Titan) hat eine Massenzahl von rund 48 und eine Protonenzahl (Ordnungszahl) von 22. Neutronenanzahl = Massenzahl - Protonenzahl (Ordnungszahl) = 48 - 22 = 26.]

Alles korrekt :-)

d) Geben Sie ein Element an, dass 4 Elektronen in der Außenschale hat.
[Eigentlich wollte ich gerade Ti (also Titan) schreiben, da dort eine 4 steht, also bei der Gruppe. Jedoch handelt es sich hierbei ja um die Nebengruppen. Normalerweise kann man ja anhand der Gruppe sagen, wie viele Elektronen sich in der Außenschale befinden. Ist das nur bei den Hauptgruppen so? Ist das nicht bei den Nebengruppen so? Gibt es eine andere Regel für die Nebengruppen, wie viele Elektronen sich in der Außenschale befinden?

Nebengruppenelemente sind ein Fall für sich. Ihr arbeitet mit dem Bohrschen Atommodell, nachdem die Nebengruppenelemente immer die Schale drunter auffüllen. Und da die Nebengruppen nach der zweiten Hauptgruppe beginnen, haben die Nebengruppenelemente im Bohrschen Atommodell immer zwei Valenzelektronen.

Um sicher zu gehen (und nicht laut meinem bisherigen Kenntnisstand bei den Nebengruppen „rechnen“ zu müssen, wie viele Valenzelektronen die Nebengruppenelemente haben) nenne ich hier nun also ein Element mit der Hauptgruppe 4. Meine Antwort: Das Element C (also Kohlenstoff) hat in der Außenschale 4 Elektronen, da es die Hauptgruppe 4 hat.]

Korrekt

e) Wie ist das Gallium Atom aufgebaut? Geben Sie die genaue Verteilung und Anzahl aller im Galliumatom enthaltenen Elementarteilchen an.
[Bei dieser Fragestellung bin ich mir unsicher, ob ich einfach nur eine Zeichnung nach dem Bohrschen Atommodell machen muss, oder ob ich auch Text dazuschreiben muss.

Das Modell kannst du zeichnen, musst du aber meines Erachtens nicht zwangsweise. Es ist aber auf jeden Fall hilfreich, um die Verteilung der Elektronen deutlich zu machen. Und so zeigst du, dass du das mit der Elektronenverteilung verstanden hast ;-)

Bei dem von dir gezeichneten Modell passt alles, dir ist nur bei der Erläuterung ein Fehler unterlaufen: Rechne mal die Massenzahl (70) minus die Ordnungszahl (31). Ich komme da nicht auf 31 Neutronen. Schau da nochmal genau hin.

Aufgabe 2
a) Erklären Sie die Metallbindung mit Hilfe einer Zeichnung an einem konkreten Beispiel.

Zur Metallbindung: Die Metallbindung ist eine etwas speziellere Bindungsart. Du kannst dir das in Etwa so vorstellen, dass die Atomrümpfe (d.h. die Kerne) regelmäßig angeordnet sind und die Elektronen delokalisiert sind (wird gern auch als "Elektronengas" bezeichnet). Das heißt, die Elektronen schwirren frei zwischen den Atomrümpfen rum. Das erklärt die Strom- und Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Da könntest du jetzt einfach ein Stück Metall zeichnen, eine regelmäßige Anordnung von Atomrümpfen einzeichnen (hier reicht "+" als Angabe). Die Elektronen zeichnest du einfach als Punkte zwischen die Rümpfe dorthin, wo du gerade Lust hast.

b) Wie unterscheiden sich Metalle und Ionenverbindung bei der Verformbarkeit? Erklären Sie diese Unterschiede mit dem Bindungsmodell.

Die Metallbindung habe ich ja schon erklärt, das erklärt auch die Verformbarkeit bei hohen Temperaturen. Du schiebst die Reihen an Atomrümpfen quasi aneinander vorbei.

Bei Salzen liegt eine sogenannte Ionenbindung vor. Die Ionen sind in Gitterstrukturen angeordnet und lassen sich zwar in Wasser lösen, allerdings sind Salze Spröde und nicht verformbar.

c) Geben Sie zu den folgenden Stoffen die vorliegende Bindungsart an. Aluminiumchlorid, Xenon, Wasserstoff

Bei Aluminiumchlorid liegt ein Salz vor. Das besteht aus Aluminium-Kationen und Chlorid-Anionen. Es liegt also eine Ionenbindung vor.

Bei Wasserstoff handelt es sich um eine kovalente Bindung: Wasserstoff liegt immer diatomar vor, das heißt als H2-Molekül. Zwischen den Wasserstoffatomen besteht eine Bindung.

Xenon ist ein Edelgas mit 8 Valenzelektronen, hat also das Oktett schon erreicht. Hier liegt keine Bindung vor. Xenon ist dadurch ziemlich reaktionsträge.

Aufgabe 3
a) Aus welchem Erz wird Aluminium großtechnisch hergestellt? In welcher Form ist das Aluminium darin enthalten?

Aluminium gewinnt man, soweit ich weiß, im Bayer-Verfahren sowie Hall-Héroult-Prozess (Form der Schmelzflusselektrolyse) aus Bauxit. Aluminium ist in mehreren Mineralien, aus denen Bauxit besteht, gebunden (z. B. γ-Al(OH)3).

b) Im Verfahren wird noch ein Hilfsstoff zugesetzt. Nennen Sie diesen Stoff und beschreiben Sie seine Wirkung im Verfahren. Welche Vor- und Nachteile ergeben sich durch die Verwendung dieses Stoffs?

Es werden sogar zwei Hilfsstoffe zugesetzt: Natronlauge (Bayer-Verfahren) und Kryolith (Hall-Héroult-Prozess). Ein Vorteil von Natronlauge ist, dass es in großen Mengen verfügbar und daher billig ist. Ein Vorteil von Kryolith ist die Senkung der Schmelztemperatur des Gemischs.

c) Magnesium reagiert mit Stickstoff in einer Redox-Reaktion. Geben Sie die beiden Teilgleichungen für diese Reaktion an.
[Hierbei handelt es sich ja um Hauptgruppenelemente, Mg (also Magnesium) hat 2 Valenzelektronen und N (also Stickstoff) hat 5 Valenzelektronen. Streben hier nun beide Elemente ein „Elektronenoktett“ an?

Hierzu schau dir die Antwort von mir auf deine Frage zu den Redoxreaktionen nochmal an. Da habe ich erklärt, wie du vorgehen musst. Falls du nicht weiter kommst, melde dich nochmal.

Zum Elektronenoktett: Ja, das ist das, was bei einer chemischen Reaktion angestrebt wird.

Was ist überhaupt ein „Elektronenoktett“? Sind das immer 8 Valenzelektronen oder kommt es immer auf die jeweilige Schale an? Die vierte Schale, also die N-Schale kann ja maximal 32 Elektronen haben, was wäre hier zum Beispiel ein „Elektronenoktett“? Wären das auch 8 Elektronen?

Der Name "Oktett" kommt von den acht Elektronen auf der Außenschale. In der ersten Schale gibt es maximal zwei Elektronen, deshalb ist da bei zwei Elektronen schon Schluss. Richtig ist es, dass die N-Schale 32 Elektronen aufnehmen kann, hier musst du aber aufpassen: Das tut sie niemals als Valenzschale! Die Nebengruppen füllen die darunterliegende Schale auf, die Actinoide und Lanthanoide zwei Schalen vor der letzten. Die 32 maximal möglichen Elektronen ergeben sich also in der N-Schale aus 8 Elektronen der N-Periode, 10 Elektronen der O-Periode und 14 Elektronen der P-Periode (macht 8+10+14 = 32). Als Valenzschale gibt es in der N-Schale maximal acht Elektronen.

Diese Aufgabe verstehe ich leider auch nicht.]

Du hast Magnesium und Stickstoff. Das reagiert zu einem Salz (Magnesiumnitrid). Jetzt stellst du wieder eine Teilgleichung für Magnesium auf, eine für Stickstoff (Achtung: Es ist N2!). Dann schaust du nach den Valenzelektronen und entscheidest, welcher Reaktionspartner für das Oktett Elektronen aufnimmt (= Reduktion) und welcher sie abgibt (= Oxidation). Je nachdem, wie viele Elektronen das Atom abgibt oder aufnimmt, bekommt es eine Ladung (abgeben: positiv; aufnehmen: negativ). Zum Beispiel würde Natrium die Ladung + bekommen, da es ein Elektron abgeben kann, und Sauerstoff die Ladung 2-, da es zwei Elektronen aufnimmt für das Oktett.

Rest siehe bei der anderen Antwort.

Aufgabe 4
Durch welches Experiment konnte gezeigt werden, dass Atome aus einem Kern und einer Hülle bestehen? Beschreiben Sie das Experiment und erklären Sie, welche experimentellen Beobachtungen mit dem Kern-Hülle-Modell erklärt werden konnten.

Kurz: Rutherford'scher Streuversuch. Tatsächlich kann man sich hier alle Infos einfach zusammengooglen. Letztlich wurde eine Goldfolie mit Alpha-Teilchen (positiv geladener radioaktiver Strahlung) beschossen und einige Teilchen wurden reflektiert, die meisten gingen durch die Folie hindurch.

Das heißt, dass es einen positiv geladenen Kern geben muss, an dem die Teilchen abprallen (+ und + stößt sich ab). Und da der Großteil der Teilchen durch die Folie flog, heißt das, dass mit großem Abstand zum Kern Elektronen um den Kern herumschwirren, durch die Lücken fliegen die Alpha-Teilchen hindurch.

Damit du dir die Größenverhältnisse vorstellen kannst: Der Kern ist eine Stecknadel in der Mitte eines Fußballfeldes, die Elektronen schwirren irgendwo am Spielfeldrand herum.

LG
Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Masterabschluss Chemie + Latein Lehramt