Kapitel 7

Die Benennung und Reaktionen von Salzen

Abb. 7.1: Aluminium wird aus dem Salz Bauxit gewonnen.

Im ersten Teil des Kapitels lernen Sie Salze systematisch zu benennen. Dabei begegnen sie auchden Namen und den Strukturformeln von hufig vorkommenden mehratomigen Ionen. Im zweitenTeil stehen die chemischen Reaktionen von Salzen im Vordergrund: Wie entstehen Salze? Wiereagieren Salze? Und wie knnen Salze in elementare Reinstoffe umgewandelt werden.?

Sie erfahren, wie Salze entstehen knnen.

Sie lernen verschiedene Reaktionen von Salzen kennen.

Nach diesem Kapitel knnen sie Salze benennen.

118 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

7.1 Die Bildung von Salzen

Zwei Typen von Bildungsreaktionen fhren zur Entstehung von festen salzartigen Stoffen.Die beiden Arten unterscheiden sich grundlegend:

Fllungsreaktionen von gelsten Ionen Das feste Salz bildet sich aus bereitsvorhandenen Ionen, die in Wasser gelst sind und aufeinandertreffen. Die sichbegegnenden Ionen ordnen sich in einem Ionengitter an. Das Salz fllt in Formvon Kristallen aus der Lsung aus.

Bildung aus den elementaren Reinstoffen Durch eine chemische Reaktion, ge-nauer gesagt eine Elektronenbertragungs-Reaktion, werden die Ionen aus denAtomen und Moleklen der elementaren Reinstoffe gebildet. Die gerade ent-standenen Ionen lagern sich anschliessend in einem Ionengitter zusammen.

Beispiel: Herstellung von Magnesia

Magnesia Es ist das Salz mit der Verhltnisformel MgO. Magnesia kann, wie Sie bald sehenwerden, aus Magnesium-Metall und Sauerstoff, den elementaren Reinstoffen, dargestellt werden.Viel kostengnstiger aber ist die Herstellung aus dem Salz Magnesiumhydroxid Mg(OH)2, weildieses im Tonnenmassstab durch eine Fllungsreaktion gewonnen werden kann.

Darstellung von Magnesia aus den elementaren Reinstoffen Wird Magnesiumoxiddurch eine Reaktion der elementaren Reinstoffe Magnesium und Sauerstoff erhalten, werden zu-nchst Magnesium-Ionen und Oxid-Ionen gebildet. Dabei handelt es sich um eine Elektronenbertragungs-Reaktion:

2Mg + O2 2Mg+

2 + 2O

2 2MgO(f)

OX: 4e

RED: +4e

Gewinnung durch Fllungsreaktion Magnesiumhydroxid kann durch eine Fllungsreaktionaus Meerwasser gewonnen werden. Dazu wird das Meerwasser, das gelste Magnesium-Ionen(Mg2+) enthlt, mit einer Hydroxid-Ionen-haltigen Lsung versetzt. Die Hydroxid-Ionen-haltigeLsung wird aus einer Reaktion von gebranntem Kalk (CaO) mit Wasser erhalten. Zentral istfolgende Fllungsreaktion:

Mg2+ (aq) + 2OH (aq) Mg(OH)2 (f) {7.1}

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Die Benennung und Reaktionen von Salzen 119

Magnesia wird anschliessend durch brennen von Magnesiumhydroxid gewonnen:

Mg(OH)2 (f) Mg(O)(f) + H2O(g) {7.2}

Film: Die Gewinnung von Meersalz in Salinen

Abb. 7.2: Quelle Bild und Film: Youtube [1]

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https://www.youtube.com/watch?v=HDq4zO85UxU&noredirect=1

120 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

7.2 Energetische Betrachtungen bei Salzen

Grundstze Wenn wir die Energie von chemischen Reaktionen betrachten, mssen wir einigeDinge beachten:

Erhaltung der Energie Alle Erfahrungen und Beobachtungen haben gezeigt, dassEnergie weder vernichtet noch erzeugt werden kann. Dieser beobachtete Grund-satz wird auch als 1. Hauptsatz der Thermodynamik bezeichnet.

Messung von Enthalpien Messen wir Energien in Form von Wrmeenergien bei ei-nem konstantem Druck, sprechen wir von Enthalpien.

Energie und Enthalpie sind Zustandsgrssen Das heisst, Energien und Enthalpieneiner Stoffportion hngen nur vom aktuellen Zustand, dem Ist und Jetzt abund die Vergangenheit ist unerheblich. Insbesondere ist die Energie und Ethal-pie einer Stoffportion unabhngig davon, wie der Stoff erhalten oder hergestelltworden ist.

7.2.1 Der Wrmesatz von Hess

Energieerhaltung bei chemischen Reaktionen Der Satz, auch bekannt als Satz der kon-stanten Wrmesummen besagt zusammengefasst folgendes:

Die bei einer Reaktion freigesetzte oder aufgenommene Energie hngt nur von Art,Menge und Zustand von Edukten und Produkten ab, nicht aber vom Reaktionsweg.Die Reaktionsenthalpie entspricht der Differenz der Enthalpien von Produkten undEdukten.

Berechnung der Gitterenergie Wie viel Energie bentigt wird, um das Ionengitter eines Salzin vollstndig getrennte Ionen aufzubrechen, kann nicht direkt gemessen werden. Aber mit demSatz von Hess knnen wir diese Enthalpie aus anderen gemessenen Enthalpien ableiten. Allerdingsmssen wir uns mit der Bildungsreaktion des Salzes auseinandersetzen. Hier am Beispiel vonNatriumchlorid NaCl:

Die Reaktionsenthalpie bei der Herstellung von Natriumchlorid aus den elementaren Rein-stoffen ist gut messbar und somit bekannt:

2Na(f) + Cl2 (g)>2NaCl (f) 100H {7.3}

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Die Benennung und Reaktionen von Salzen 121

7.3 Die systematische Nomenklatur der Salze

Prinzip Der Name eines Salzes wird immer auf die gleiche Weise gebildet:

Name des Salzes

Name der positiv geladenen Ionensorte + Name der negativ geladenen Ionensorte

Salz Name Kation Name Anion Name des Salzes

NaCl Natrium-Ion Chlorid-Ion NatriumchloridMgF2 Magnesium-Ion Fluorid-Ion MagnesiumfluoridK3P Kalium-Ion Phosphid-Ion KaliumphosphidNH4NO3 Ammonium-Ion Nitrat-Ion AmmoniumnitratK2SO4 Kalium-Ion Sulfat-Ion Kaliumsulfat

Achtung! Das Zahlenverhltnis der Ionen hat keinen Einfluss auf den Namen! Die stchiome-trischen Indices tauchen im Namen nirgends auf!

Wissen gefragt Das Prinzip der Benennung ist ussert einfach. Nur muss man die Namen derIonen wissen, beziehungsweise ableiten knnen:

Namen von einatomigen Ionen

Positiv geladene Kationen haben den deutschen Namen des jeweiligen metallischenElements.

Negativ geladene Anionen haben Namen, die sich aus dem lateinischen Namen desnichtmetallischen Elements ableiten und auf -id enden.

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122 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

Einatomige Anionen Orientieren Sie sich am Elementsymbol, den das weist auf den lateini-schen Namen hin.

Einatomige Anionen

C4 Carbid N3 NitridO2 Oxid F FluoridSi4 Silicid P3 PhosphidS2 Sulfid Cl ChloridGe4 Germanid As3 ArsenidSe2 Selenid Br BromidI Iodid

Mehratomige Ionen Die Namen und die Formeln von mehratomigen Ionen mssen Sie sichdauerhaft einprgen. Daran fhrt kein Weg vorbei...

Namen von mehratomigen Ionen

NH +4 Ammonium

CH3COO Acetat HCOO Formiat

CO 23 Carbonat HCO

3 HydrogencarbonatCN Cyanid NCO CyanatNO 2 Nitrit NO

3 Nitrat

N 3 Azid I

3 TriiodidO 22 Peroxid HOO

HydroperoxidOH Hydroxid SCN ThiocyanatSO 23 Sulfit HSO

3 Hydrogensulfit

SO 24 Sulfat HSO

4 HydrogensulfatHS Hydrogensulfid S2O

23 Thiosulfat

PO 34 Phosphat HPO2

4 HydrogenphosphatH2PO

4 Dihydrogenphosphat IO

3 Iodat

ClO Hypochlorit ClO 2 ChloritClO 3 Chlorat ClO

4 Perchlorat

CrO 23 Chromat Cr2O2

7 DichromatSiO 44 Silicat MnO

4 Permanganat

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Die Benennung und Reaktionen von Salzen 123

7.4 Salze als Ausgangsstoffe

berblick Die wichtigsten Reaktionen von Salzen sind:

Auflsen von festen Salzen in wssriger Lsung. Die dabei entstandenen gelstenIonen knnen dann an weiteren Reaktionen teilnehmen:

Fllungsreaktionen

Elektrolysen

Komplexreaktionen

Elektronenbertragungsreaktionen

Sure/Base-Reaktionen

Elektrolyse von festen Salzen Dabei wird mit Hilfe von elektrischer Spannungein Salz in die elementaren Reinstoffe gespalten. Das ist die erzwungene Um-kehrreaktion der Bildungsreaktion von Salzen aus den elementaren Reinstoffen.

Das Auflsen eines Salzes in wssriger Lsung

Getrennte Ionen Beim Auflsen eines festen Salzes in einem Lsungsmittel wird das Ionengit-ter aufgebrochen. Wasser-Molekle lagern sich von aussen an die positiv und negativ geladenenIonen an und lsen ein Ion um das andere aus dem Ionengitter heraus. Die Salzkristalle lsensich von ausser her nach innen auf.

Abb. 7.3: Wasser-Molekle lsen Ion um Ion aus dem Ionengitter ab.

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124 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

Ein physikalischer oder chemischer Vorgang? Die Antwort hngt von der Betrachtungs-weise ab. In wssriger Lsung sind die Ionen des gelsten Salzes nicht irgendwie von Wasser-Moleklen umgeben, sondern werden durch diese komplexiert. Das bedeutet, dass eine ganzbestimmte Anzahl Wasser-Molekle in einer ganz bestimmten Anordnung und durch eine beson-dere Art Bindung - eine koordinative Bindung - an positiv geladene Ionen gebunden. Das ist beigelsten Anionen so nicht der Fall.

Ist die Art und Weise, wie die Ionen in Lsung vorliegen wichtig, so betrachtet man das Aufl-sen eines Ionengitters durch Anlagern von Wasser-Moleklen an Ionen als chemischen Vorgang.Andernfalls kann die Auflsen auch als physikalischer Prozess betrachtet werden.

Die elektrolytische Leitfhigkeit einer wssrigen Salzlsung verdeutlicht das Vorhanden-sein von frei beweglichen Ionen. Reines Wasser leitet den elektrischen Strom (fast) nicht. 1 JedeArt elektrischer Leitfhigkeit braucht frei bewegliche Ladungstrger. Im Kupferkabel sind es be-wegliche Elektronen, bei Salzlsungen sind es bewegliche Ionen. Als (Def) Elektrolyt bezeichnetman ein in einem Lsungsmittel gelstes Salz, das die Lsung elektrisch, beziehungsweise ebenelektrolytisch leitfhig macht.

Die Elektrolyse einer Salzschmelze

Bewegliche Ionen In einem flssigen Salz, wie zum Beispiel geschmolzenem Natriumchlo-rid (Schmelzpunkt 801 C), sind die Ionen frei beweglich. Eine Natriumchloridschmelze ist des-halb elektrisch leitfhig. Wird eine gengend grosse ussere Spannung angelegt, so wird eineElektronenbertragung-Reaktion erzwungen. Man spricht von einer (Def) Elektrolyse .

Beispiel Natriumchlorid Die angelegte Spannung fhrt zu zwei Prozessen:

Elektrolyse einer Natriumchloridschmelze

Oxidation an der Anode Erzwungene Elektronenabgabe:

2Cl (fl) Cl2 (g) + 2 e

Reduktion an der Kathode Erzwungene Elektronenaufnahme:

2Na+ (fl) + 2 e 2Na(fl)

1Durch die Reaktion von Wasser mit sich selbst sind sogar in reinem Wasser sehr geringe Konzentrationenan Ionen (OH- und H3O

+-Ionen) vorhanden. So weist auch reines Wasser eine sehr kleine elektrolytischeLeitfhigkeit auf.

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Die Benennung und Reaktionen von Salzen 125

Anode und Kathode Diejenige Elektrode, bei der ein Stoff oder ein Teilchen Elektronenabgibt, ob freiwillig oder erzwungen spielt dabei keine Rolle, wird (Def) Anode genannt. Als(Def) Kathode wird die Elektrode bezeichnet, bei der ein Stoff oder ein Teilchen Elektronenaufnimmt.

Anion und Kation Diese Begriffe stammen aus der Elektrolyse. Die Elektronenabgabe ander Anode wird durch eine positive Ladung der Anode erzwungen. Die negativ geladenen Ionen,die durch die positive Ladung der Anode angezogen werden und reagieren nennt man deshalbAnionen. Die positiv geladenen Ionen werden zur negativ geladenen Kathode gezogen und werdenKationen genannt.

Zusammenfassung Die beiden erzwungenen Prozesse knnen in einer Elektronenbertra-gungsreaktion zusammengefasst werden:

2Na+ + 2Cl 2Na + 2Cl2

+2e

2e

Die Elektrolyse von wssrigen Salzlsungen

Wasser kann durch eine Elektrolyse ebenfalls aufgetrennt werden:

Elektronenabgabe - Anode 6H2O(fl) 4H3O+ (aq) + O2 (g) + 4 e

Elektronenaufnahme - Kathode 4H2O(fl) + 4 e 2H2 (g) + 4OH

(aq)

Ob Wasser oder ein gelstes Anion Elektronen abgibt, ob Wasser oder ein gelstes KationElektronen aufnimmt hngt, von verschiedenen Faktoren ab:

Anion / Kation Jede Ionensorte hat einen anderen Drang, Elektronen aufzuneh-men oder abzugeben.

Konzentrationen Die Anzahl Ionen pro Volumen hat einen grossen Einfluss.

Elektrodenmaterial Es macht einen Unterschied, ob die Elektroden aus Graphit,Gold, Platin oder anderen Materialien aufgebaut sind.

Spannung Es macht einen Unterschied, ob 1V oder 5V Spannung angelegt werden.

Erkenntnis Im Gegensatz zu der Elektrolyse einer Salzschmelze kann nicht so einfach vorher-gesagt werden, welche Stoffe bei der Elektrolyse einer wssrigen Salzlsung gebildet werden. Dasist hier das entscheidende!

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126 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

7.5 Aufgaben zum Kapitel

1. Benennen Sie die folgenden Salze:

a) BaO

b) Mg3N2

c) FrCl

d) K3P

2. Ein binres Salz enthlt nur die Elemente Calcium und Sauerstoff. Wie lautet die Verhlt-nisformel und wie heisst es?

3. Notieren Sie die Verhltnisformel und die Namen von vier beliebigen Salzen. Sie mssenaus Aluminium-Ionen und mehratomigen Anionen aufgebaut sein.

4. Notieren Sie die Reaktionsgleichungen fr die Elektronenbertragungsreaktionen, die beider Elektrolyse der folgenden Salze stattfinden:

a) NaCl (fl)

b) KF(fl)

c) LiBr (fl)

d) CaO(fl)

e) Al2O3 (fl)

Zu den Lsungen I

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Die Benennung und Reaktionen von Salzen 127

7.6 Definitionen

Definition 1 (Elektrolyt). Als Elektrolyt wird ein gelstes Salz bezeichnet, dass die Lsungelektrisch leitfhig macht.

Definition 2 (Elektrolyse). Darunter wird eine durch elektrischen Strom erzwungene Elektro-nenbertragungsreaktion verstanden, die Stoffe auftrennt und hufig zur Bildung von elementarenReinstoffen fhrt.

Definition 3 (Anode). Die Anode ist diejenige Elektrode, bei der die Oxidation stattfindet undStoffe oder Teilchen Elektronen abgeben.

Definition 4 (Kathode). Die Kathode ist diejenige Elektrode, bei der die Reduktion stattfindetund Stoffe oder Teilchen Elektronen aufnehmen.

7.7 Lsungen zu den Kapitelaufgaben

1. a) Bariumoxid

b) Magnesiumnitrid

c) Franciumchlorid

d) Kaliumphosphid

2. CaO - Calciumoxid

3. -

4. a) 2NaCl (fl) 2Na(f) + Cl2 (g)

b) 2KF(fl) 2K(f) + F2 (g)

c) 2 LiBr (fl) 2 Li (f) + Br2 (g)

d) 2CaO(fl) 2Ca(f) + O2 (g)

e) 2Al2O3 (fl) 4Al (f) + 3O2 (g)

Zu den Aufgaben I

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Lernabsichten und Erfolgskriterien

Lernabsicht Erfolgskriterium

Unistrukturell

Definitionen. Ich kann alle Definitionen aufsagen und aufschreiben.

Namen der Ionen kennen Ich kann die Namen und Formeln von einatomigen undmehratomigen Ionen aufschreiben.

Prinzip Elektrolyse kennen Ich kann den grundlegenden Aufbau und Ablauf einer Elektrolysebeschreiben und skizzieren.

Lsevorgang beschreiben Ich kann in Worten und mit Skizzen beschreiben, was beim Lseneines Salzes in Wasser passiert.

Reaktionen von Salzen kennen Ich kann aufzhlen, welche Reaktionen ein Salz eingehen kann.

Multistrukturell

Salze benennen. Ich kann Salze systematisch korrekt benennen.

Elektrolysen beschreiben Ich kann die Elektrolysen von geschmolzenen binren Salzen mitstchiometrisch korrekten Reaktionsgleichungen beschreiben.

Lernabsicht Erfolgskriterium

Relational

Auflsen von Salzen erklren Ich kann nachvollziehen und mir selber erklren, weshalb dasAuflsen eines Salzes in Wasser sowohl als physikalischer wie auchals chemischer Vorgang betrachtet werden kann.

Grenzen bei Elektrolysen erkennen Ich kann mir und anderen verstndlich erlutern, weshalb dieProdukte bei der Elektrolyse von Salzlsungen schwierigervorherzusagen sind, als bei der Elektrolyse einer Salzschmelze.

130 Die Benennung und Reaktionen von Salzen

7.8 Literaturverzeichnis

[1] [Online; Stand 13 Juli 2015].https://www.youtube.com/watch?v=HDq4zO85UxU&noredirect=1

Grundlagen der Chemie 2 Kantonsschule Seetal

https://www.youtube.com/watch?v=HDq4zO85UxU&noredirect=1

7 Die Benennung und Reaktionen von Salzen7.1 Die Bildung von Salzen7.2 Energetische Betrachtungen bei Salzen7.2.1 Der Wrmesatz von Hess

7.3 Die systematische Nomenklatur der Salze7.4 Salze als Ausgangsstoffe7.5 Aufgaben zum Kapitel7.6 Definitionen7.7 Lsungen zu den Kapitelaufgaben7.8 Literaturverzeichnis