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Wasser, Salze und Ionen 1


Aufgabe 1

Ergänze folgenden Lückentext mit den richtigen Begriffen aus der am Ende gegebenen Liste. Die Begriffe können auch gar nicht oder mehrfach verwendet werden.

Besitzen Atome oder Moleküle eine ungleiche Zahl an Elektronen und Protonen, dann besitzen sie eine Ladung. In diesem Zustand nennt man sie Ionen. Sind sie negativ geladen, dann nennt man sie Anionen, positiv geladen handelt es sich um Kationen. Liegen gegenseitig geladene Partikel vor, dann ziehen sie sich elektrostatisch an, sodass sich ein regelmäßig gebautes Ionengitter bildet. Jedes Anion ist darin von möglichst vielen Kationen umgeben und umgekehrt. Derartige Strukturen sind sehr hart.

Auswahlmöglichkeiten: Ionengitter / Molekül / Elektronengas / elektrostatisch / magnetisch / magisch / hart / weich / dunkel / hell / Ion(en) / Proton(en) / Elektron(en) / positiv / negativ / Kation(en) / Anionen

  • Schwierigkeitsgrad:  1
  • Punkte:  6

Aufgabe 2

Zwei im Folgenden gegebene Elemente reagieren miteinander. Bildet sich dabei ein Salz oder nicht?

a. Kohlenstoff und Sauerstoff kein Salz
b. Wasserstoff und Brom kein Salz
c. Natrium und Stickstoff Salz
d. Magnesium und Fluor Salz
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Punkte:  4

Aufgabe 3

Kalium bildet mit Chlor die Verbindung KCl, Wasserstoff bildet mit Chlor die Verbindung HCl. Obwohl diese beiden Verbindungen ähnliche Summenformeln besitzen, haben sie völlig andere Materialeigenschaften. 

  1. Warum ist das so?
    HCl, auch Chlorwasserstoff genannt, ist ein Nichtmetallchlorid und demnach eine molekulare Verbindung. KCl ist ein Salz und wird als Kaliumchlorid bezeichnet. Es besteht aus Kaliumkationen und Chloridanionen, die sich zu einem Ionengitter zusammenlagern. Dieses ist wesentlich stabiler als die molekulare Verbindung Chlorwasserstoff, was für die unterschiedlichen Materialeigenschaften der beiden Verbindungen verantwortlich ist.
  2. Nenne die Eigenschaften durch Vervollständigung folgender Tabelle: 
      KCl HCl

    Elektrische

    Leitfähigkeit

    ja, als 

    Flüssigkeitit

    nein

    Mechanische

    Festigkeit

    hart weicher

    Schmelzpunkt (hoch oder niedrig)

    hoch niedrig
  3. Begründe anhand der Struktur, warum die mechanischen Festigkeiten von KCl und HCl sich in dieser Weise unterscheiden.
    Das Gitter des Ionenkristalls von Kalium besteht aus Kaliumkationen und Chloridanionen, die sich gegenseitig aufgrund elektrostatischer Wechselwirkungen, auch coulombsche Kräfte genannt, anziehen. Dabei ist ein Ion immer von gegensätzlich geladenen Ionen umgeben. Die coulombschen Kräfte wirken stark, und zwar in alle Raumrichtungen gleich. Man nennt sie deshalb ungerichtet. Das bewirkt, dass der Kristall über seine gesamte Ausdehnung zusammengehalten wird, sodass Salze (hier Kaliumchlorid) einen hohen Schmelzpunkt besitzen und generell sehr fest sind.
  • Schwierigkeitsgrad:  3
  • Punkte:  10

Aufgabe 4

Salze sind häufig in Wasser löslich.

  1. Auf welcher molekularen Eigenschaft beruht die Fähigkeit des Wassers, ein Salz zu lösen?
    Sie beruht darauf, dass Wasser einen Dipol hat, also ein polares Molekül ist.  
  2. Erkläre möglichst detailliert, was auf Teilchenebene passiert, wenn ein Salz sich in Wasser löst. Gehe dabei auch auf die Energiebilanz des Vorganges ein.
    Wassermoleküle sind polar und haben einen negativen Pol um das Sauerstoffatom und einen positiven Pol um die beiden Wasserstoffatome. Salze bestehen aus Anionen und Kationen. Beim Lösen eines Salzes in Wasser ordnen sich die Wassermoleküle so an, dass sie sich mit ihrem negativen Pol um die Kationen und mit ihrem positiven Pol um die Anionen des Salzes lagern. Die Wassermoleküle zwängen sich also zwischen die Ionen und lösen dadurch die Ionenbindungen zwischen Anionen und Kationen. Folglich wird das Ionengitter zerstört und das Salz löst sich im Wasser. Bei der Anlagerung der Wassermoleküle an die Ionen wird Energie frei, die man als Hydratisierungsenergie bezeichnet. Die Zerstörung des Gitters andererseits erfordert Energie, die man Gitterenergie nennt. Je nachdem ob die Gitterenergie oder die Hydratisierungsenergie größer ist, ist die Lösung eines gegebenen Salzes in Wasser ein endothermer oder ein exothermer Vorgang.
  • Schwierigkeitsgrad:  2
  • Punkte:  4
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