Von der Saline zum Kochsalz - Nachtrag

Wiederholung und Vertiefung

Chemische Reaktionen im Atommodell

WICHTIGE BEGRIFFE: Element: Stoff, der nur eine Sorte von Atomen enthält. Atom: Einzelnes Atom/Teilchen, dass in chemischen Reaktionen nicht weiter zerlegt werden kann. Es gibt soviele Atomsorten wie es Elemente gibt. Molekül: Kleinstes Teilchen, dass aus mehreren Atomen besteht, egal ob gleiche oder verschiedene. Es kann in chemischen Reaktionen zerlegt werden. Verbindung: Stoff, der mindestens zwei Sorten von Atomen enthält.

Chemische Reaktion im Atommodell: Es findet bei einer chemischen Reaktion nur eine Umlagerung von Atomen statt. Atome werden bei chemischen Reaktionen weder neu erzeugt noch gehen sie verloren.

Atomsymbol = Ein oder zwei Buchstaben, mit der man ein bestimmtes Element bzw. ein Atom dieses Elementes beschreiben kann. Enthält ein Symbol zwei Buchstaben, so ist der zweite Buchstabe immer klein.

Chemische Reaktionen verschieden darstellen

Folgende Übungen stehen zur Verfügung:

• Übe die Symbole für die Elemente
• Kennst du die wichtigsten Stoffe?
• Unterscheide: Verbindung oder Element
• Unterscheide: Atom oder Molekül
• Verstehst du die Symbolschreibweise?

Mineralwasser enthält Ionen

Geladene "Atome" im Mineralwasser - Was ist das? von: B.Lachner Auf tutory anschauen und bearbeiten Bildungsgang: Allgemeine Hochschulreife Klassenstufe: 8, 9, 1. Lehrjahr Fachbereich: Chemie Sozialform: Einzelarbeit, Klassenunterricht Arbeitsmethode: Fragend-entwickelndes Lernen, Lehrer-Schüler-Gespräch, Stillarbeit, Hausaufgabe Dieses Arbeitsblatt wurde mit dem Autorentool tutory.de erstellt. Unter https://www.tutory.de/w/2a1aad90 können Sie das Dokument herunterladen und anpassen (nach Registrierung).

Das Mineralwasser hat seine Ionen aus dem Boden und dem Gestein der Erde. Die "Mineralien" sind Verbindungen, die Ionen enthalten und da sie Wasserlöslich sind, lösen sich sich auch im Grundwasser. Eines der typischen Verbindungen mit Ionen ist Salz.

Das, was man umgangssprachlich als Salz bezeichnet, nennt der Chemiker Natriumchlorid. Salz ist eine Bezeichnung für eine Gruppe von chemischen Stoffen, die alle sehr ähnliche Eigenschaften haben, weil sie Ionen enthalten. Das Natriumchlorid, auch Kochsalz genannt, ist dabei in typischer Vertreter die Na und Cl enthält.

Edelgasregel kennenlernen und nutzen von: B.Lachner Auf tutory anschauen und bearbeiten Bildungsgang: Allgemeine Hochschulreife Klassenstufe: 9, 10, 1. Lehrjahr, 2. Lehrjahr Fachbereich: Chemie Dieses Arbeitsblatt wurde mit dem Autorentool tutory.de erstellt. Unter https://www.tutory.de/w/50997bf0 können Sie das Dokument herunterladen und anpassen (nach Registrierung).

Edelgasregel: Die meisten Ionen der Hauptgruppen nehmen Elektronen auf oder geben welche ab, um die gleiche Elektronenkonfiguration wie benachbarte Edelgase zu erreichen. Offensichtlich stellt diese Anzahl einen stabilen Zustand dar, denn Edelgase sind sehr reaktionsträge und bilden fast keine Verbindungen. Ionsierungsenergie anzeigen Ionsierungsenergie verstecken Ionisierungsenergie nennt man die Energie, die man benötigt um eine Elektron aus dem Atom zu entfernen.

Bestimme den Namen und die Formel von beliebigen Ionenverbindungen

Da wir mit Hilfe der Edelgasregel vorhersagen können, wie die Ladung von Ionen ist, können wir auch alleine aufgrund der beteiligten Elemente die Summen-Formel der Verbindung bestimmen. So müssen wir sie nicht auswendig lernen. Aber

ACHTUNG: Die Edelgasregel gilt nur für Hauptgruppen-Elemente!

Zur Erinnerung: Systematische Benennung

Die Anzahl der einzelnen Atome in einer Verbindung wird durch einen Index (kleine, tiefergestellte Zahl hinter dem Symbol) angegeben. Die Zahl "1" als Index wird üblicherweise weggelassen.

Beispiele für die Symbolschreibweise wichtiger Verbindungen:

Wasser	=	H2O	... enthält Moleküle, die aus 2 Wasserstoffatomen und 1 Sauerstoffatom bestehen.
Wasserstoffperoxid	=	H2O2	... besteht aus 2 Wasserstoffatomen und 2 Sauerstoffatomen
Kohlenstoffmonoxid	=	CO	... enthält Moleküle, die aus 1 Kohlenstoffatom und 1 Sauerstoffatom bestehen.
Kohlenstoffdioxid	=	CO2	... besteht aus 1 Kohlenstoffatom und 2 Sauerstoffatomen
Ammoniak	=	NH3	... besteht aus 1 Stickstoffatom und 3 Wasserstoffatomen
Kochsalz	=	NaCl	... enthält Natrium- und Chloratome im Verhältnis 1:1

Aufgabe 1 Fülle den Lückentext aus und gibt an, aus wievielen Atomen einer Sorte die Formeln der Verbindungen bestehen.

Die Reihenfolge der Atomsymbole in den Formeln der Verbindungen richtet sich nach der Stellung im Periodensystem: Das Atomsymbol, das weiter links steht, ist meist das Erstgenannte, sobald Atomsymbole untereinander stehen, wird das untere zuerst genannt.

Ausnahmen gibt es beim Wasserstoff, wenn er sich mit Stickstoff oder Kohlenstoff verbindet.

Beispiele bei denen Wasserstoff hinten steht:

• NH₃ = Ammoniak
• CH₄ = Methan

Neben den sogenannten Trivialnamen, unter denen viele Verbindungen bekannt sind (wie die Beispiele oben), gibt es auch eine systematische Benennung, die Nomenklatur von Verbindungen, die sich aus der Symbolschreibweise ergibt.

Trivialname: Bezeichnungen, die meist historisch entstanden sind und keinen Rückschluss auf die Zusammensetzung zulassen. Systematischer Name: Ergibt sich aus den Namen der beteiligten Elementen, unter Verwendung von Zahlwörtern.

Die im systematischen Namen verwendeten ersten 10 Zahlwörter heißen: Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa-, Hepta-, Okta-, Nona-, Deka-. Beispiel: As2O5 heißt mit systematischem Namen Diarsenpent(a)oxid.

Aufgabe 2 In einem Memo-Quiz kannst du die Zahlwörter mit den Indexzahlen zusammenbringen.

Aufgabe 3 Welches der systematischen Bezeichnungen ist richtig? Achte in diesem Multiple-Choice-Test besonders auf die Zahlwörter. Die Elementnamen und die Endungen sind richtig!

Das Element, das hinten steht, wird oft mit der Endung -id angegeben; teilweise unter Verwendung der Anfangsbuchstaben oder des ganzen wissenschaftlichen Namens.

Beispiele für Endungen: -oxid = Verbindung mit Sauerstoff (von lat. Oxygenium) -sulfid = Verbindung mit Schwefel (von lat. Sulfur) -carbid = Verbindung mit Kohlenstoff (von lat. Carboneum) -hydrid = Verbindung mit Wasserstoff (von lat. Hydrogenium) -fluorid = Verbindung mit Fluor -chlorid = Verbindung mit Chlor -iodid = Verbindung mit Iod -nitrid= Verbindung mit Stickstoff

Beispiele für die systematische Benennungen:

Fe2O3	Dieisentrioxid
CO	(Mono)Kohlenstoffmonooxid
AlCl3	Aluminiumtrichlorid
H2O	Dihydrogenmonoxid (Chemischer Name für Wasser), aber es geht auch Dihydrogenoxid

Aufgabe 4 Bestimmt zu den gegebenen Formeln von Verbindungen die systematische Bezeichnung. Es gibt drei Sets von jeweils 5 Aufgaben. Bearbeitet erst eines und kontrolliert dieses, damit ihr mögliche Fehler erkennen könnt. Bearbeitet dann erst die nächsten fünf Aufgaben. Falls ihr die ersten 10 Verbindungen richtig benennt sollte das reichen. Wenn nicht bearbeitet noch die dritten 5 Aufgaben. $CuCl_2$ , $Al_2S_3$ , $Na_2O$, $AuF_3$, $CO$ [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Kupferdichlorid, Dialuminiumtrisulfid, Dinatriumoxid, Goldtrifluorid , Kohlenmonoxid $Fe_3O_4$ , $PbCl_4$ , $N_2O$, $AgBr$ , $S_2Cl_2$ [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Trieisentetraoxid, Bleitetrachlorid, Distickstoffoxid, Silberbromid , Dieschwefeldichlorid $PBr_3$ , $KI$ , $PbO_4$ , $NiCl_2$ , $As_2S_5$ [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] Phosphortribromid, Kaliumiodid, Bleitetraoxid, Nickeldichlorid, Diarsenpentasulfid

Und nun die umgekehrte Aufgabe ...

Aufgabe 5 Bestimmt zu dem gegebenem systematischen Namen der Verbindungen die Formel. Es gibt wieder drei Sets von jeweils 5 Aufgaben. Calciumoxid, Dilithiumsulfid, Aluminiumtriiodid, Platindichlorid, Tricalciumdinitrid [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] $CaO$, $Li_2S$, $AlI_3$, $PtCl_2$, $Ca_3N_2$ Kupferoxid, Trinatriumphosphid, Cobaltdiiodid, Dieisentrisulfid, Schwefeltrioxd [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] $CuO$, $Na_3P$, $CoI_2$, $Fe_2S_3$, $SO_3$ Siliciumdioxid, Quecksilberdichlorid , Alumimiumtribromid, Dikaliumsulfid , Magnesiumsulfid [Lösung zeigen][Lösung wieder verstecken] $SiO_2$, $HgCl_2$, $AlBr_3$, $K_2S$, $MgS$

Formeln bestimmen

Aufgabe 6 Übe die Bestimmung der Formel und Namen von Ionenverbindungen. → GeoGebra-Arbeitsblatt

Eigenschaften von Verbindungen aus Ionen

Experimente zu Untersuchung der Eigenschaften von Ionen

Du sollst die Eigenschaften von Salz nun in mehreren Experimenten genauer untersuchen. Die Experimentieranleitungen gibt es schon im Vorraus.

Aufgabe 7 Sicherheitsinformationen für Experimente Die Experimentieranweisung muss genau gelesen und beachtet werden! Nach dem Experiment Hände waschen! Bereite dich auf die Experimente vor, indem du die Anleitungen vorher durchliest. Für alle Experimente sollst du die Durchführung und die Beobachtungen im Heft festhalten. Was genau zu notieren ist, steht bei dem jeweiligen Experiment! Die Reihenfolge, in der die Experimente durchgeführt werden, ist beliebig!

VERSUCH:  Station Türkis (am Lehrertisch)  Frage: Wie sehen Kristalle aus. Aufbau/Durchführung: Betrachte die kleinen Kristalle mit Hilfe der Mikroskop-Kamera. Vergleiche sie untereinander und mit den großen Kristallen. Was fällt auf. Materialien: Mikroskop-USB-Kamera, Tablet, Zucker, Salz, großes Salzkristall und Kandis-Zucker Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: "Das Aussehen von Kristallen". Skizziere die Form der Kochsalz-Kristalle als Schrägbild. Alternativ kannst du auch zwei Bilder machen, ausdrucken und dann in euer Heft einkleben. Beschreibe mit einem Satz den Vergleich zu den Zuckerkristallen. Gerne dürfen auch hier Fotos ergänzt werden.

VERSUCH:  Station Grau (am Lehrertisch)  Frage: Was passiert beim Zerbrechen von Kristallen Aufbau/Durchführung: Versuche vorsichtig, die Kristalle zu zerspalten. Materialien: Kristall, Hammer, Unterlage Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Verhalten von Kristallen beim Verformen“. Beschreibe die Beobachtung im Heft, wenn du willst auch mit einem Foto.

VERSUCH:  Station Rot  Frage: Wie verhält sich Eis beim Schmelzen, wenn Kochsalz zugegeben wird? Aufbau/Durchführung: Miss dazu die Temperatur des Eises und gib dann Salz hinzu. Beobachte die Temperatur fünf Minuten lang! Material: Eiswürfel, Kochsalz, Spatel, 2 Bechergläser, Thermometer Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Auswirkung von Kochsalz auf das Schmelzen von Eis“. Notiere deine Beobachtung ins Heft.

VERSUCH:  Station Blau  Frage: Wie verhält sich Kochsalz und eine Kochsalzlösung gegenüber dem elektrischen Strom? Vergleiche auch mit reiner Wasserlösung, einem Zuckerkristall und Zuckerlösung. Aufbau/Durchführung: Baue die Schaltung nach der Abbildung auf. Teste, ob bei Berührung der blanken Nägel die Lampe leuchtet. Das sollte der Fall sein, da die Metallnägel ja stromleitfähig sind. Gib dann zunächst destilliertes Wasser in ein Becherglas und teste, ob die Lampe leuchtet, wenn du die Nägel hineinhältst (ohne das die Nägel sich berühren!). Da destilliertes Wasser nicht den Strom leitet, sollte die Lampe nicht leuchten (ansonsten ist das Becherglas nicht sauber gewesen!!). Füge dann unter Umrühren eine kleine Portion Kochsalz hinzu und prüfe wieder die Leitfähigkeit. Gib in das andere Becherglas wiederrum erst destilliertes Wasser, kontrolliere die Leitfähigkeit und dann Zucker. Materialien: Kochsalz, Zucker, Salzkristall (auf dem Lehrertisch), Zuckerkristall, destilliertes Wasser, Becherglas, 3 Kabel, Lampe, Batterie, 4 Krokodilklemmen, 2 Nägel, Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Stromleitfähigkeit von verschiedenen Feststoffen und deren Lösungen“. Fertige eine Skizze deines Versuchsaufbaus im Heft an und beschrifte sie. Halte außerdem eine kleine Tabelle nach dieser Art fest:

VERSUCH: Sicherheitsinformationen für Experimente Ein Schutzbrille muss verwendet werden.  Station Lila  Frage: Wie verhält sich Kochsalz beim Erhitzen im Vergleich zu Zucker. Achtung! Nicht das Reagenzglas nach dem Erhitzen berühren; Verbrennungsgefahr! Aufbau/Durchführung: Erhitze jeweils ein wenig Salz und Zucker (jeweils etwa 0,5 cm) in einem eigenen Reagenzglas. Wenn das Reagenzglas schmilzt, hast du zu lange erhitzt! Es geht darum, wie schnell ein Stoff in der Bunsenflamme schmilzt oder nicht und ob und wie er sich verändert. Wenn man lange erhitzt, wird die Flamme deswegen aber nicht heißer! Entsorgung: Wenn sich der Feststoff nach dem Erkalten leicht entfernen lässt, werfe ihn in den Restmüll bzw. in Waschbecken (wegspülen). Klebt der Feststoff im Reagenzglas fest, zeige es beim Lehrer vor. Materialien: Kochsalz, Spatel, 2 Reagenzgläser, Holzklammer, Gasbrenner (→ Schrank), Feuerzeug, Reagenzglasständer Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Erhitzen von Salz“. Halte dahinter fest, wie schnell/langsam Salz im Vergleich zu Zucker schmilzt und sich dabei verhält. Beschreibe das in ein oder zwei Sätzen.

VERSUCH: Sicherheitsinformationen für Experimente Ein Schutzbrille muss verwendet werden. ACHTUNG! Es werden ätzende Stoffe genutzt. Schutz-Massnahmen treffen!  Station Orange  Frage: Wie färbt Kochsalz die Brennerflamme? Aufbau/Durchführung: Glühe ein Magnesiastäbchen solange in der entleuchteten Brennerflamme bis keine Farberscheinungen mehr zu sehen sind. Tauche die Spitze des Stäbchens in die kleine Flasche mit verdünnter Salzsäure und anschließend in die Kochsalzkristalle, die sich in dem kleinen Becherglas befinden. Halte das Magnesiastäbchen erneut in die Brennerflamme. Bereite das Magnesia-Stäbchen noch einmal vor und halte es in das andere Salz, das in dem kleinen Glas mit Deckel enthalten ist. Materialien: Gasbrenner (→ Schrank), Feuerzeug, Kochsalz, ein anderes Salz, Magnesiastäbchen (in kleinem Reagenzglas, damit es nicht so leicht zerbricht!), Becherglas mit verdünnter Salzsäure (Xi) Aufgabe: Halte im Heft die Überschrift zum Experiment fest: „Färbung der Flamme durch Kochsalz und andere Salze“. Beschreibe, was sich ändert, wenn du das Magnesiastäbchen mit einem der Salze in die Flamme hältst. Natürlich kannst du auch Bilder machen und dir ausdrucken.

Erklärungen für die Eigenschaften der Ionenverbindungen

Die Tatsache dass Kochsalz und andere salzartige Verbindungen sehr ähnliche Eigenschaften haben lässt sich damit Erklären, dass Ionen enthalten sind. Das wollen wir nun bei den einzelnen Eigenschaften jeweils genau betrachten.

Ionenverbindungen bilden Kristalle

Salze bilden Kristalle mit glatten Flächen und geraden Kanten. Die Form ist typisch für eine Verbindung und kann deshalb auch für deren Identifikation verwende werden.

Ionenverbindungen sind spröde

Die meisten Salze bilden feste Kristalle, aber wenn man sie mit dem Hammer bearbeitet zerspringen sie recht leicht in kleinere Kristalle der gleichen Form. Kristalle sind spröde.

       

Salz-Lösungen sind stromleitfähig

Strom wird geleitet oder eben nicht

Um zu verstehen, warum eine Salzlösung Strom leitet, aber alle anderen betrachteten Stoffe (Salz- und Zuckerkristall, Zuckerlösung, Wasser) aber nicht, müssen wir uns zuerst einmal kurz anschauen, was überhaupt Strom ist:

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(Elektrischer) Strom ist bewegte Ladung.

In der folgenden kleinen Animation kann man sehen, warum eine Batterie eine Lampe zu Leuchten bringt.

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Die Elektronen, die sich bei elektrischem Strom bewegen, sind Bestandteile des Atoms, die abgespalten werden können.

Warum können einige Stoffe den Strom leiten, andere Stoffe aber nicht?

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Auch im Kochsalz müssen geladene Teilchen vorkommen, denn nur so kann der elektrische Strom weitergeleitet werden. Im festen Kochsalzkristall sind diese geladenen Teilchen aber nicht beweglich (Feststoff!), so dass es nicht stromleitfähig ist. Da die Stromleitfähigkeit in Metallen aufgrund von beweglichen Elektronen stattfindet, wird dies beim Kochsalz einen anderen Grund geben. Es ist zu erwarten, dass es die Ionen sind, die da der Grund sind.

Was beim Strom-leiten in einer Ionenlösung passiert

Die folgende Animation zeigt genau, was auf Teilcheneben passiert, wenn eine Salz-Lösung den Strom leitet:

• Stromleitung in Lösungen (WICHTIG: Nur am PC nutzbar!)

Aufgabe 8 Beschrifte das folgende Bild aufgrund der Beobachtungen aus der Simulation.

Salze sind in Wasser löslich

Nachdem wir uns bereits mit anderen Eigenschaften von Verbindungen aus Ionen beschäftigt haben, sollt ihr nun in Kleingruppen euch mit dem Thema Wasserlöslichkeit beschäftigen und begründen, was beim Lösen von Salzen in Wasser geschieht.

Die meisten Salze, also Verbindungen die aus Ionen bestehen, sind wasserlöslich, was man daran erkennt, dass man nicht mehr sieht, dass zwei Stoffe vermischt sind.

Aufgabe 9.1 Immer wenn man in Chemie etwas begründen soll muss das Vorwissen heraussuchen, um die Eigenschaften mit Hilfe der Anwesenheit der Ionen erklären zu können. Wiederholt deshalb noch einmal, was Wie sind die Teilchen eines Stoffes im festen Zustand angeordnet? Warum kann man den Stoff (das Salz) als Feststoff sehen, aber im gelösten Zustand nicht mehr? ACHTUNG: Jedes Gruppenmitglied schreibt alles selber in sein Heft auf!

Aufgabe 9.2 Schaut euch die Simulation an, wo man die Löslichkeit von Kochsalz und Sucralose (wobei uns die Sucralose eigentlich nicht interessiert!) vergleichen kann. Nach dem Start hat man oben drei Reiter "Macro", "Micro" und "Water": Schaut euch vor allem "Micro" und "Water" an. Simulation starten WICHTIG: Diese Simulation kann leider nur am PC betrachtet werden! Beantwortet die folgenden Fragen zu "Micro" wenn ihr Wasser eingelassen, Salz hinzugeben und Wasser habt verdampfen lassen (evaporation!): Was ist mit den Ionen, wenn das Salz in einer größere Menge an Wasser gelöst wird? Was passiert mit den Ionen, wenn man Wasser verdampfen lässt und warum tun sie das? Beantwortet dann die folgenden Fragen zu "Water": Wie kommt es, dass die Ionen nicht mehr zusammenhalten?

Aufgabe 9.3 Den Vorgang des Lösens kann in einer anderen Simulation besser angeschaut werden, die ihr euch als Film anschauen könnt. Beantwortet dazu folgende Fragen: Die Kristalle mit den Ionen ist am Anfang quasi noch trocken. Die Teilchen sind aber in Bewegung. Warum halten die Teilchen hier zusammen? Wenn Wasser dazu gegeben wird "greift" das Wasser den Kristall an. Wie kommt es, dass das Wasser zwischen die Ionen kommt? Obwohl die Ionen sich immer noch anziehen, werden die ersten Ionen aus dem Kristall abgetrennt. Wie wird verhindert, dass die Ionen nicht mehr so richtig zusammenkommen? Was ist die Voraussetzung dafür, dass sich das Salzkristall vollständig auflösen kann, dass heißt dass keine zwei Ionen mehr direkt nebeneinander liegen.

Aufgabe 9.4 Eine weitere Simulation (WICHTIG: Benutzbar nur am PC!) zeigt das Auflösen des Salzes animiert aber nicht als chaotische Simulation. Überprüft die bisherigen Beobachtungen bei dieser Simulation noch einmal.

Aufgabe 9.5 Eine andere Simulation vergleicht Kochsalz mit schlecht löslichen Salzen. Startet sie hier (WICHTIG: Benutzbar nur am PC!). Betrachtet nur die Reiter "Table Salt" (= Tafel-Salz = Kochsalz) und "Slightly Soluble Salts" (= schlecht löslich Salze) und beantwortet dann die Fragen: Was passiert, wenn man vom dem Kochsalz sehr viel ins Wasser gibt? Was könnte der Unterschied zwischen Kochsalz und einem schlecht löslichen Salz sein?

Salze bzw. die Metallionen färben die Bunsenbrennerflammer

Was man von einer Farbe sieht ist eigentlich eine Mischung verschiedenartiger Strahlungsarten, also Farben. Genauso ist das auch bei dem gefärbten Flammen oder auch beim weißen Sonnenlicht.

Erkennen kann man die Licht-Bestandteile nur, wenn man das Licht mit einem Spektrometer zerlegt.

Huntergrund ist, dass die Strahlen mit unterschiedlichen Frequnzen unterschiedlich stark gebrochen werden und sich so das "weiße" Licht "auffächert", wie es auch beim Regenbogen zu sehen ist.

Durch das Auffächern entstehen dann sogenannte Spektren, die man auf einem Streifen darstellt. Hier einige Beispiele:

Erklären lassen sich die Spektren mit Hilfe des Schalenmodells.

... oder etwas allgemeiner betrachtet:

• Animation zu der Funktion bei Gasentladungslampen