Natriumchlorid-Synthese + Natrium sehr reaktives Metall Chlorgas sehr reaktives Nichtmetall...

Natriumchlorid-SyntheseNatriumchlorid-Synthese

+

Natriumsehr reaktives

Metall

Chlorgassehr reaktives

Nichtmetall

NatriumchloridSalz

Metalle Halbmetalle NichtmetalleMetalle Halbmetalle Nichtmetalle

788Ra87Fr

6

86Rn85At84Po208,98

83Bi207,19

82Pb204,3

81Tl137,33

56Ba132,90

55Cs

5131,30

54Xe126,90

53I127,60

52Te121,75

51Sb118,69

50Sn114,82

49In87,62

38Sr85,47

37Rb

483,80

36Kr79,909

35Br78,96

34Se74,922

33As72,59

32Ge69,72

31Ga40,08

20Ca39,102

19K

339,948

18Ar35,453

17Cl32,064

16S30,97

15P28,08

14Si26,982

13Al24,312

12Mg22,99

11Na

220,183

10Ne18,998

9F15,999

8O14,007

7N12,011

6C10,811

5B9,0122

4Be6,939

3Li

14,003

2He1,008

1H

VIIIVIIVIVIVIIIIII

PeriodenHauptgruppen

788Ra87Fr

6

86Rn85At84Po208,98

83Bi207,19

82Pb204,3

81Tl137,33

56Ba132,90

55Cs

5131,30

54Xe126,90

53I127,60

52Te121,75

51Sb118,69

50Sn114,82

49In87,62

38Sr85,47

37Rb

483,80

36Kr79,909

35Br78,96

34Se74,922

33As72,59

32Ge69,72

31Ga40,08

20Ca39,102

19K

339,948

18Ar35,453

17Cl32,064

16S30,97

15P28,08

14Si26,982

13Al24,312

12Mg22,99

11Na

220,183

10Ne18,998

9F15,999

8O14,007

7N12,011

6C10,811

5B9,0122

4Be6,939

3Li

14,003

2He1,008

1H

VIIIVIIVIVIVIIIIII

PeriodenHauptgruppen

*

* * *

*

*

*

* 2-atomige Moleküle

KugelwolkenmodellKugelwolkenmodellI II III IV V VI VII VIII

H He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

Ionenbildung im KugelwolkenmodellIonenbildung im Kugelwolkenmodell

Natrium-Ion + Chlorid-Ion

+ ++

–

Na + Cl Na + Cl–+

Natrium-Atom + Chlor-Atom

Kation

Salz, Ionenverbindung

1 e–

Nichtmetall-Atom Anion Metall-Atom

Ionenbildung im SchalenmodellIonenbildung im Schalenmodell

Natrium-Atom + Chlor-Atom Metall-Atom + Nichtmetall-Atom

Salz, Ionenverbindung

Natrium-Ion + Chlorid-Ion Kation + Anion

+ +

Na + Cl Na + Cl–+

Salze

Aufgabe 2Aufgabe 2

2 K + S 2 K+ + S2- K2S Kaliumsulfid

Mg + O Mg2+ + O2- MgO Magnesiumoxid

2 Al + 3 O 2 Al3+ + 3 O2- Al2O3

Aluminiumoxid

3 Ca + 2 P 3 Ca2+ + 2 P3- Ca3P2

Calciumphosphid

Ge + 2 O Ge4+ + 2 O2- GeO2

Germaniumoxid

3 Na + N 3 Na+ + N3- Na3N Natriumnitrid

ZusatzaufgabeZusatzaufgabe

FeCl2 Fe2+ 2 Cl- Eisen(II)chlorid

FeCl3 Fe3+ 3 Cl- Eisen(III)chlorid

Cr2O3 2 Cr3+ 3 O2- Chrom(III)oxid

Cu2S 2 Cu+ S2- Kupfer(I)sulfid

CuS Cu2+ S2- Kupfer(II)sulfid

Aus welchen Ionen besteht:

Ionenbildung im KugelwolkenmodellIonenbildung im Kugelwolkenmodell

Natrium-Ion + Chlorid-Ion

+ ++

–

Na + Cl Na + Cl–+

Natrium-Atom + Chlor-Atom

Kation

Salz, Ionenverbindung

1 e–

Nichtmetall-Atom Anion Metall-Atom

Atom- und IonenradienAtom- und Ionenradien

Metalle Nichtmetalle

Li Li+

Na Na+

F– F

Cl

Be2+Be

Cl–

OO2–

Atom Kation Anion Atom

SalzgitterSalzgitter

KZ 8

CsCl-Typ

KZ 6

NaCl-Typ

KZ 4

ZnS-Typ

K

A

r0.73

rK

A

r0.41

r

NaCl-TypNaCl-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

Salze

Kritisches Radienverhältnis für das NaCl-GitterKritisches Radienverhältnis für das NaCl-Gitter

rA +rK

rA +rK

2 rA

a2 + b2 = 2 a2 = c2

2 (rA + rK)2 = (2 rA)2

A K A

A K A A

2 r r = 2 r

2 r 2 r = 2 r - 2 r

K A A A

K

A

2 r = 2 r - 2 r :r

r 2 = 2 - 2 : 2

r

K

A

r 2 - 2 = = 0.414

r 2

NaCl-TypNaCl-Typ

• energetisch günstig • Grenzfall

A K A A

A K A

2 r r = 2 r + x -2 r

x = 2 r r - 2 r

4. a2 + b2 = 2 a2 = c2

2 (rA + rK)2 = (2 rA + x)2

NaCl: x = 31.15 pm NaI: x = 8.3 pm

SalzgitterSalzgitter

KZ 8

CsCl-Typ

KZ 6

NaCl-Typ

KZ 4

ZnS-Typ

K

A

r0.73

rK

A

r0.41

r

Salze

Natriumchlorid-SyntheseNatriumchlorid-Synthese

+

Natriumsehr reaktives

Metall

Chlorgassehr reaktives

Nichtmetall

NatriumchloridSalz

NaCl-SyntheseNaCl-Syntheseund Energieund Energie

1 Elektron

Film

Natrium-Atomverband

Chlor-Moleküle

Natriumatome

Chloratome

Energiezufuhr

Energiezufuhr

Chlorid-IonNatrium-Ion

Natriumchlorid-Ionenverband

Energieabgabe

Atomradien, Ionenradien und Ionisierungsenergien einiger Metalle

Element Atomradius (pm)

Ionenradius (pm)

Ionisierungsenergie (kJ . mol-1)

Li / Li+ 152 68 521

Na /Na+ 186 97 496

K / K+ 227 133 417

Rb / Rb+ 248 147 401

Cs / Cs+ 265 167 374

Be / Be2+ 112 35 2657

Mg / Mg2+ 160 66 2176

Ca / Ca2+ 197 99 1724

Sr / Sr2+ 215 113 1598

Ba / Ba2+ 217 135 1464

Fe / Fe2+ 124 74 2314

Zn / Zn2+ 133 74 2640

Ni / Ni2+ 125 69 2490

Pb / Pb2+ 175 120 2159

Al / Al3+ 143 51 5100

Fe / Fe3+ 124 64 5565

Gitterenergie (kJ /mol)

F Cl Br I O2 S2

Li+ -1039 -850 -802 -742 -2818 -2476

Na+ -920 -780 -740 -692 -2482 -2207

K+ -816 -710 -680 -639 -2236 -2056

Rb+ -780 -686 -658 -621 -2165 -1953

Cs+ -749 -651 -630 -599 -2067 -1854

Be2+ -3476 -2994 -2896 -2784 -4446 -3835

Mg2+ -2949 -2502 -2402 -2293 -3794 -3302

Ca2+ -2617 -2231 -2134 -2043 -3404 -3016

Sr2+ -2482 -2129 -2040 -1940 -3226 -2851

Ba2+ -2330 -2024 -1942 -1838 -3057 -2728

Sublimationsenergie (kJ /mol)

Li 161

Na 109

K 90

Rb 87

Cs 79

Be 324

Mg 148

Ca 178

Sr 164

Ba 180

Atomradien, Ionenradien und Elektronenaffinität einiger Nichtmetalle

Element Atomradius (pm)

Ionenradius (pm)

Elektronenaffinität (kJ . mol-1)

F/ F 71 133 - 333

Cl /Cl 99 181 - 348

Br/ Br 114 196 - 324

I / I 133 220 - 296

O / O2 74 132 + 696

S / S2 102 184 + 333

Durchschnittliche Durchschnittliche BindungsenthalpienBindungsenthalpien

bei 25 °C bei 25 °C

Einfachbindungen H (kJ / mol)

Br C Cl F H I N O P S Si

Br 193 285 219 249 366 178 234 264 218 325

C 285 348 339 489 413 218 305 358 264 272 285

Cl 219 339 242 253 431 211 192 208 322 271 397

F 249 489 253 159 567 280 278 193 503 327 586

H 366 413 431 567 436 298 391 463 323 367 318

I 178 218 211 280 298 151 234 184 234

N 305 192 278 391 163 201

O 234 358 208 193 463 234 201 146 335 451

P 264 264 322 503 322 184 335 172

S 218 272 271 327 367 255 293

Si 325 285 397 586 318 234 451 293 176

Mehrfachbindungen H (kJ/mol)

C=C 614 C≡C 839

C=N 615 C≡N 891

C=O 745 N≡N 945

C=S 536

N=N 418

N=O 607

O=O 498

NaCl-SyntheseNaCl-Syntheseund Energieund Energie

1 Elektron

Natrium-Atomverband

Chlor-Moleküle

Natriumatome

Chloratome

Chlorid-IonNatrium-Ion

Gitterenergie

Sublimations-energie

Bindungs-energie

Elektronen-affinität

Ionisierungs-energie

Natriumchlorid-Ionenverband

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

En

erg

ie (

kJ

/mo

l)

109

496

½ 242

-348

-780

Na(s) Na(g) Na+(g)

NaCl-Bildung und EnergieNaCl-Bildung und Energie

½ Cl2(g) Cl(g) Cl-(g)

NaCl(s)

1

2

3

4 5

1

2

3

4

5

-402Reaktions-enthalpie

NaCl-Bildung und EnergieNaCl-Bildung und Energie

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

En

erg

ie (

kJ

/mo

l)

Reaktions-enthalpie

Aktivierungs-energie

Na + ½ Cl2

NaCl

2 Mg(s) 2 Mg(g) 2 Mg2+(g)

Aufgabe 5Aufgabe 5

O2(g) 2 O(g) 2 O2-(g)

2 MgO (s)

1

2

3

4

5

H 2 148 2 2176 498 2 696 2 ( 3794) 1050 kJ für 2mol MgO

1050kJH 3mol 1575 kJ für 3mol MgO

2mol

2 Rb(s) 2 Rb(g) 2 Rb+(g)

Aufgabe 5Aufgabe 5

Br2(g) 2 Br(g) 2 Br-(g)

2 RbBr (s)

1

2

3

4

5

H 2 87 2 401 193 2 ( 324) 2 ( 658) 795 kJ für 2 mol RbBr

m 50gn 0.302 mol

M (85.47 79.9)

795kJH 0.302mol 120.2 kJ für 50g RbBr

2mol

Salze sind sprödeSalze sind spröde

Schlag

Salze haben einen hohen SchmelzpunktSalze haben einen hohen Schmelzpunkt

Wärmezufuhr

Die Ionen haben die Gitterkräfte überwunden

Elektrische LeitfähigkeitElektrische Leitfähigkeit

Elektrode

NaCl-Schmelze(> 801 °C)

Metalldraht–Pol+Pol

e–

e–e–

e–

gibt ein e– ab nimmt ein e– auf

stromleitung

Leitfähigkeit

1. Setze die fehlenden Formeln bzw. Namen ein. Elemente Ionen Formel des Salzes Name

Ca und N .................... .............................. ...............................................

.................... .............................. Bariumhydrid

…………….. ……………………. Cobalt(III)chlorid

……………. Ti2O3 ………………………………….

2. Ordne folgende Verbindungen nach ihrem Schmelzpunkt und erkläre die Reihenfolge sorfältig: Aluminiumnitrid, Rubidiumsulfid und Natriumsulfid.

3. Calcium und Fluorgas reagieren zu Calciumfluorid. Zerlege die Reaktion in einzelne

Teilschritte und berechne die Reaktionsenthalpie für die Bildung von 5 g Calciumfluorid.

4. Das Salz KX kristallisiert im gleichen Gittertyp wie NaCl. Der Abstand zwischen den Anionen beträgt 73.3 pm, Anionen und Kationen berühren sich. Um welches Element handelt es sich bei X? Rechne!

Beispiel: Reaktion von Calcium mit StickstoffBeispiel: Reaktion von Calcium mit Stickstoff

1) Oxidation: Ca Ca2+ + 2e-

2) Reduktion: N + .3e- N3-

Zu 1) Ca hat 2 Valenzelektronen (Hauptgruppe II), die bei der Oxidation abgegeben werden.

Zu 2) N hat 5 Valenzelektronen (Hauptgruppe V). Bei der Reduktion werden 3 aufgenommen, damit N Edelgaskonfiguration bekommt (8 Elektronen auf der äussersten Schale)

Bei der Oxidation müssen gleich viele Elektronen abgegeben werden, wie bei der Reduktionaufgenommen werden 1) mit 3 multiplizieren, 2) mit 2 multiplizieren.

Zu 3) 1) und 2) addieren.

Zu 4) Stickstoff bildet 2-atomige Moleküle. Die Ionen lagern sich zu einem Ionengitter zusammen. Ionen ersetzen durch Verhältnisformel des Salzes (Ca3N2).

3) Redox- gleichung: 3 Ca + 2 N 3Ca2+ + 2 N3

4) Reaktions- gleichung: 3 Ca + N2 Ca3N2

1) Oxidation: 3 Ca 3 Ca2+ + 3 . 2e- . 3

2) Reduktion: 2 N + 2.3e- 2 N3- . 2

Nichtmetalle: 2-atomige MoleküleNichtmetalle: 2-atomige Moleküle

Folgende Nichtmetalle kommen als 2-atomige Moleküle vor:

H2, N2, O2 und alle Halogene F2, Cl2, Br2, I2

Schwefel wird nur als S geschrieben (obwohl er in Form von S8

Aufgabe 9Aufgabe 9

b) Oxidation: 2 Al 2 Al3+ + 2 . 3e- . 2

Reduktion: 3 O + 3.2e- 3 O2- . 3

Redoxgl.: 2 Al + 3 O 2 Al3+ + 3 O2-

Reaktionsgl.: 2 Al + 1 ½ O2 Al2O3

Aufgabe 9Aufgabe 9

c) Oxidation: 2 K 2 K+ + 2.1e- . 2

Reduktion: S + 2e- S2-

Redoxgl.: 2 K + S 2 K+ + S2-

Reaktionsgl.: 2 K + S K2S

d) Oxidation: 3 Ca 3 Ca2+ + 3 . 2e- . 3

Reduktion: 2 N + 2.3e- 2 N3- . 2

Redoxgl.: 3 Ca + 2 N 3 Ca2+ + 2 N3-

Reaktionsgl.: 3 Ca + N2 Ca3N2

Aufgabe 10

Indiumsulfid: In2S3 2In3+ + 3S2-

(Indium ist in der 3. Hauptgruppe)

Silber(I)sulfid: Ag2S 2Ag+ + S2-

Eisen(III)chlorid: FeCl3 Fe3+ + 3Cl-

Eisen(III)oxid: Fe2O3 2Fe3+ + 3O2-

Thermit-ReaktionThermit-Reaktion

AluminiumFe2O3

Eisen

ElektrolyseElektrolyse

Elektrolyse einer CuClElektrolyse einer CuCl22-Lösung-Lösung

Cu2+ (aq)

Cu(s)

Cu2+ (aq) 2 Cl– (aq)

Elektrolyse von NaCl-LösungElektrolyse von NaCl-Lösung

NaCl

H2Cl2

WasserPhenol-phtalein

Natronlauge

Elektrolyse einer NaCl-LösungElektrolyse einer NaCl-Lösung

Produkte der NaCl-ElektrolyseProdukte der NaCl-Elektrolyse