Chemie · Klasse 11 · Simulation
Ionensubstanzen – vom Aufbau zu den Eigenschaften
In der Pfanne: Erhitzt man Haushaltszucker, schmilzt er bei etwa 185 °C und wird zu Karamell. Kochsalz bleibt bei gleicher Hitze unverändert – es schmilzt erst bei 801 °C. Außerdem leitet eine Kochsalzlösung den elektrischen Strom, eine Zuckerlösung nicht.
Leitfrage: Wie lassen sich die Eigenschaften von Kochsalz aus seinem Aufbau erklären?
Aufgaben: Aufbau
- Beschreiben Sie mithilfe der Simulation die Bildung von Natrium- und Chlorid-Ionen. Geben Sie die Elektronenkonfiguration vor und nach dem Elektronenübergang an. Beschreiben Sie außerdem, wie sich die Teilchengröße ändert.
- Vergleichen Sie die Elektronenkonfiguration der beiden Ionen mit der Elektronenkonfiguration der Edelgasatome Neon und Argon.
- Zeigen Sie das Ionengitter an und tippen Sie ein Ion an. Beschreiben Sie, von welchen Ionen es umgeben ist. Erklären Sie den Zusammenhalt im Ionengitter.
- Begründen Sie, warum die Formel NaCl kein Molekül beschreibt.
Hilfe zu Aufgabe 3
Zwischen entgegengesetzt geladenen Teilchen wirken Anziehungskräfte, zwischen gleich geladenen Teilchen Abstoßungskräfte. Diese Kräfte wirken in alle Richtungen.Hilfe zu Aufgabe 4
Ein Molekül ist ein abgeschlossenes Teilchen aus einer festen Anzahl von Atomen. Suchen Sie im Gitter nach einem solchen Teilchen. Überlegen Sie, was die Formel NaCl dann angibt.Vertiefung
Die Simulation zeigt nur eine Ebene des Gitters. Ermitteln Sie, von wie vielen Ionen ein Ion im räumlichen Gitter unmittelbar umgeben ist. Entwickeln Sie außerdem die Formel von Magnesiumoxid aus der Elektronenkonfiguration der Atome.Aufgaben: Sprödigkeit
- Üben Sie mit „Kraft ausüben“ eine Kraft auf den Ionenkristall aus. Beschreiben Sie, was mit den Ionenschichten geschieht.
- Erklären Sie, warum der Kristall zerbricht.
- Wählen Sie „Metall“ und wiederholen Sie den Vorgang. Vergleichen Sie das Verhalten des Metalls mit dem des Ionenkristalls.
Hilfe
Achten Sie genau auf den Moment direkt nach dem Verschieben: Welche Ionen stehen sich nach dem Verschieben direkt gegenüber?Vertiefung
Ein Kochsalzkristall lässt sich mit einer Messerklinge entlang glatter Flächen spalten. Erläutern Sie diese Beobachtung mit dem Aufbau des Ionengitters.Aufgaben: Schmelzen
- Stellen Sie eine Hypothese auf, welcher der fünf Stoffe die höchste Schmelztemperatur hat. Notieren Sie Ihre Hypothese mit Begründung.
- Ermitteln Sie mit dem Temperaturregler die Schmelztemperaturen aller fünf Stoffe. Legen Sie dazu eine Tabelle an mit: Stoff, Ladungen der Ionen, Ionenradien, Schmelztemperatur.
- Beschreiben Sie, was beim Erwärmen und beim Schmelzen mit den Ionen geschieht.
- Leiten Sie aus Ihrer Tabelle ab, wie Ionenladung und Ionenradius die Schmelztemperatur beeinflussen. Überprüfen Sie Ihre Hypothese.
Hilfe 1
Vergleichen Sie zuerst nur NaF, NaCl, NaBr und NaI. Was ist bei diesen Stoffen gleich, was ändert sich?Hilfe 2
Die Anziehung zwischen zwei Ionen ist umso stärker, je größer ihre Ladungen sind und je kleiner ihr Abstand ist. Je stärker die Anziehung, desto mehr Energie ist nötig, um das Gitter aufzulösen.Vertiefung
Aus Magnesiumoxid werden feuerfeste Steine für Industrieöfen hergestellt. Begründen Sie diese Verwendung. Sagen Sie voraus, ob Calciumoxid (Radius Ca²⁺: 100 pm) eine höhere oder eine niedrigere Schmelztemperatur hat als Magnesiumoxid.Aufgaben: Leitfähigkeit
- Schalten Sie die Spannung ein. Untersuchen Sie festes Natriumchlorid, die Schmelze und die wässrige Lösung. Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen.
- Erklären Sie, warum nur die Schmelze und die Lösung den elektrischen Strom leiten.
- Vergleichen Sie, welche Teilchen sich in den Kabeln bewegen und welche in der Flüssigkeit.
Hilfe
Elektrischer Strom ist die gerichtete Bewegung von Ladungsträgern. Prüfen Sie in jedem Zustand, ob sich die Ionen frei bewegen können.Vertiefung
Sagen Sie voraus, ob eine Zuckerlösung den elektrischen Strom leitet. Begründen Sie Ihre Vorhersage und beziehen Sie sich auf die Pfannen-Beobachtung vom Anfang.Aufgaben: Löslichkeit
- Starten Sie den Lösevorgang. Beschreiben Sie, wie sich die Wassermoleküle an die Kationen und an die Anionen anlagern.
- Erklären Sie diese Anordnung mit dem Bau des Wassermoleküls.
- Beschreiben Sie, welche Ionen zuerst aus dem Gitter herausgelöst werden, und begründen Sie das.
- Formulieren Sie die Gleichung für das Lösen von Natriumchlorid in Wasser.
Hilfe zu Aufgabe 2
Im Wassermolekül ist das Sauerstoff-Atom negativ teilgeladen (δ−), die Wasserstoff-Atome sind positiv teilgeladen (δ+).Hilfe zu Aufgabe 3
Zählen Sie, wie viele Nachbarn ein Ion an der Ecke, am Rand und im Inneren des Gitters hat.Hilfe zu Aufgabe 4
Kennzeichnen Sie den Feststoff mit (s) und die gelösten Ionen mit (aq).Vertiefung
Magnesiumoxid ist eine Ionensubstanz, löst sich aber kaum in Wasser. Stellen Sie eine Vermutung auf, woran das liegen könnte. Nutzen Sie Ihre Ergebnisse aus der Station Schmelzen.Sicherung
- Übertragen Sie die Tabelle in Ihren Hefter und vervollständigen Sie sie mit Ihren Ergebnissen.
| Eigenschaft | Beobachtung | Erklärung mit dem Aufbau aus Ionen |
|---|---|---|
| Sprödigkeit | ||
| Schmelztemperatur | ||
| elektrische Leitfähigkeit | ||
| Löslichkeit in Wasser |
- Zucker besteht aus Molekülen. Zwischen den Molekülen wirken deutlich schwächere Kräfte als zwischen Ionen. Erklären Sie damit die Pfannen-Beobachtung und die fehlende Leitfähigkeit der Zuckerlösung.
- Diskutieren Sie die Grenzen der Simulation. Nennen Sie mindestens zwei Stellen, an denen das Modell von der Wirklichkeit abweicht, und bewerten Sie, ob die Simulation trotzdem zur Erklärung taugt.