Chemie Hausaufgabe?
Ich habe eine Fragestellung bekommen, die ich nicht ganz nachvollziehen kann, da die erste Hauptgruppe ja sehr reaktiv ist.
Aufgabe: Erklären Sie, warum Ionen der Elemente der ersten Hauptgruppe (z.B Na bzw Na‘) weniger reaktiv sind als Atome der ungeladenen, elementaren Form
Sagt dir die Oktettregel was?
Ja, aber wie kann man es hier definieren
2 Antworten
Moin,
zuerst etwas Allgemeines zum besseren Verständnis: Schau mal, im Periodensystem der Elemente (PSE) gibt es eine Gruppe von Elementen, die so gut wie überhaupt keine stabilen chemischen Verbindungen eingehen. Das sind die Edelgase.
Die Atome von Edelgasen haben nämlich von Natur aus eine Anzahl und Anordnung von Elektronen in ihren Atomhüllen, die energetisch nahezu perfekt ist (Edelgaskonfiguration).
Jede chemische Reaktion verändert aber die Elektronenhülle der Reaktionsteilnehmer. Und weil jede Veränderung der perfekten Hülle eines Edelgasatoms eine energetische Verschlechterung bedeuten würde, reagieren Edelgase so gut wie mit nichts und niemandem.
Soweit, so klar, hoffe ich.
Tja... Die Atome aller übrigen Elemente haben keine so perfekten Elektronenhüllen. Darum reagieren die Atome der anderen Elemente ja auch so munter miteinander, denn sie wollen durch die chemische Reaktion genau das erreichen: die Veränderung ihrer Elektronenhülle, die durch die Reaktion so werden soll wie die von Edelgasatomen.
Mit anderen Worten: die Atome der anderen Elemente streben nach einer Edelgaskonfiguration (wohlgemerkt: die Atome wollen keine Edelgase werden, aber sie möchten eine Elektronenhülle haben, wie sie Edelgasatome von Natur aus besitzen).
Jetzt kommt's:
Alle Metallatome der Elemente in der 1. Hauptgruppe im PSE (Alkalimetallgruppe) haben eins gemeinsam: sie haben alle ein einziges Valenzelektron.
Hätten sie dieses eine Valenzelektron nicht, dann hätten sie eine Hülle wie die des Edelgases, das im PSE vor ihnen steht.
Lithium hätte ohne sein einzelnes Valenzelektron eine Heliumhülle (mit zwei Elektronen),
Natrium hätte ohne sein einzelnes Valenzelektron eine Neonhülle (mit insgesamt zehn Elektronen),
Kalium hätte ohne sein einzelnes Valenzelektron eine Argonhülle (mit zusammen 18 Elektronen) usw...
Deshalb versuchen die Metallatome der Alkalimetallgruppe in chemischen Reaktionen auf Teufel komm raus ihr einzelnes Valenzelektron an einen anderen Reaktionsteilnehmer abzugeben. Das Bestreben danach ist so groß, dass es die Atome dieser Elemente in der Natur nicht gibt. Sie sind zu reaktiv, um als Atom lange zu existieren (elementares Natrium muss man zum Beispiel in Petroleum aufbewahren, weil das überaus reaktionsträge ist, so dass die Natriumatome kaum etwas finden, mit dem sie reagieren können).
Wir merken uns also, dass die Atome der Alkalimetalle seeehr reaktiv sind, weil sie unbedingt ihr einzelnes Valenzelektron loswerden wollen, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen.
Na ja, und jetzt stell dir vor, dass ein Alkalimetallatom tatsächlich sein einzelnes Valenzelektron an einen anderen Reaktionsteilnehmer abgeben konnte. Dann erlangt dieses Teilchen eine Edelgaskonfiguration. Aber dafür ist es nach der Abgabe des Elektrons elektrisch geladen. Immerhin ist ein Elektron ein negativ geladenes Teilchen. Und die Abgabe eines Elektrons verändert ja auch nichts an der Zusammensetzung des Kerns.
Das bedeutet, dass zum Beispiel ein Natriumatom in seinem Kern 11 Protonen hat (denn Natrium steht im PSE auf Platz 11 und es gilt: Ordnungszahl = Protonenzahl). 11 Protonen bedeuten 11 Plusladungen. Weil aber ein Natriumatom nach außen hin elektrisch ungeladen ist, müssen diese 11 Plusladungen durch genau so viele Minusladungen in ihrer Wirkung ausgeglichen werden. Darum haben Natriumatome auch 11 Elektronen in ihrer Hülle.
Geben sie nun im Verlauf einer chemischen Reaktion ein Elektron ab, so haben sie danach nur noch 10 Elektronen in der Hülle (genau wie die Atome des Edelgases Neon). Aber sie haben nach wie vor 11 Protonen im Kern. Das bedeutet, dass den 11 Plusladungen im Kern nur noch 10 Elektronen in der Hülle gegenüberstehen. Darum werden aus den ungeladenen Natriumatomen durch die Abgabe eines Elektrons einfach positiv geladene Natriumionen (Natrium-Kationen).
Doch wenn erst einmal ein Natrium-Kation entstanden ist und es somit eine Edelgaskonfiguration in seiner Hülle erreicht hat, dann gilt für dieses Ion dasselbe wie für Edelgasatome, nämlich dass ihm das Interesse für weitere Veränderungen an seinem Zustand völlig fehlt.
Mit anderen Worten: Ein Ion der Elemente der 1. Hauptgruppe reagiert praktisch mit nichts und niemandem, weil es einen energetischen Zustand erreicht hat, der nahezu perfekt ist.
Immerhin besteht aber noch ein kleiner Unterschied zu den Edelgasatomen. Die Alkalimetall-Kationen sind positiv geladen. Darin steckt immerhin die Möglichkeit, dass man sie (mit Gewalt) doch dazu bekommt, noch zu reagieren. Gleiches ist bei den Edelgasen noch viel schwieriger zu erreichen...
Die kurze Antwort auf die gestellte Frage lautet also:
Die Atome der Alkalimetalle sind so reaktiv, weil sie durch die Reaktion eine Edelgaskonfiguration in ihrer Elektronenhülle anstreben (Abgabe eines Elektrons).
Die Ionen der Alkalimetalle sind dagegen überhaupt nicht reaktiv, weil sie die Edelgaskonfiguration bereits erreicht haben (und jede weitere Veränderung mit einer Verschlechterung ihres energetischen Zustandes einhergehen würde).
Ein letztes Wort noch zum Wasserstoff. Er gehört formal auch zur 1. Hauptgruppe im PSE, aber seine Atome stellen einen Sonderfall dar. Zwar zeichnen auch sie sich dadurch aus, dass sie ebenfalls nur ein einziges Valenzelektron haben, aber dieses Valenzelektron ist zugleich das einzige Elektron in der Wasserstoffatomhülle überhaupt.
Das bedeutet, dass ein Wasserstoffatom, das von seinem Elektron getrennt wird, im Grunde kein atomares Gebilde mehr darstellt, denn es bestünde nur noch aus dem einzelnen Proton im Kern.
Und Protonen sind allein auf sich gestellt, nicht (lange) existenzfähig. Sie müssen von Elektronen anderer Atome eingefangen, aufgenommen und dadurch stabilisiert werden. Aber das ist eine andere Geschichte...
Alles klar?
LG von der Waterkant
Ich weiß nicht ob ich die Frage genau verstanden habe. Aber vielleicht ist gemeint, daß elementare Alkalimetalle Himmel und Hölle in Bewegung setzen, um ihr einzelnes Valenzelektron loszuwerden. Umgekehrt reagieren die Ionen der Alkalimetalle so gut wie überhaupt nicht, denn ihr Elektron wollen sie um fast keinen Preis zurückhaben, und andere Arten von Reaktionen (mit kovalenten oder koordinativen Bindungen) stehen ihnen kaum offen.