Verhältnisformeln zweiatomiger Salze aus Hauptgruppenelementen?
Ich schreibe bald eine Chemie Arbeit und da unsere Lehrerin uns nur einen Zettel hat geben lassen, weil sie nicht da war, weiß ich nicht was ich mit den "Verhältnisformeln zweiatomiger Salze aus Hauptgruppenelementen" anfangen soll. Im Internet kann ich nicht wirklich was finden, genauso wenig wie im Buch und meine Mitschüler wissen es auch nicht, also würde ich mich wirklich sehr über eine schnelle und ausführliche Antwort freuen.
Danke im vorraus
4 Antworten
Moin,
also genau genommen ist die Beschreibung "Verhältnisformel zweiatomiger Salze aus Hauptgruppenelementen" sehr fragwürdig, weil Salze nicht aus Atomen, sondern aus Ionen aufgebaut sind.
Aber der Reihe nach...
Wie du hoffentlich weißt, kann man im Periodensystem der Elemente (PSE) unter anderem Hauptgruppenelemente von Nebengruppenelementen (sowie Actinoiden und Lanthanoiden) unterscheiden.
Ich hoffe, dass du auch weißt, welches die Hauptgruppenelemente sind?!
Vereinfacht gesagt, entstehen Salze, wenn Metalle mit Nichtmetallen reagieren. Die Metalle findest du bei den Hauptgruppenelementen überwiegend in der ersten, der zweiten und zum Teil auch in der dritten Hauptgruppe (es gibt auch welche in der vierten und fünften sowie ein bis zwei in der sechsten Hauptgruppe, aber die lassen wir hier einmal weg - ist komplizierter...). Typische Metalle sind:
• Lithium (Li), Natrium (Na), Kalium (K), Rubidium (Rb) und vielleicht noch Cäsium (Cs) aus der ersten Hauptgruppe,
• Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr) und Barium (Ba) aus der zweiten Hauptgruppe,
• Aluminium (Al), Gallium (Ga) und vielleicht noch Indium (In) und Thallium (Tl) aus der dritten Hauptgruppe...
Die Nichtmetalle findest du dagegen vorwiegend in der siebenten sowie ein paar in der sechsten und fünften Hauptgruppe.
Typische Nichtmetalle in diesem Sinne sind
• Fluor (F), Chlor (Cl), Brom (Br) und Iod (I) aus der siebenten Hauptgruppe,
• Sauerstoff (O) und Schwefel (S) aus der sechsten Hauptgruppe,
• Stickstoff (N) und Phosphor (P) aus der fünften Hauptgruppe
Wasserstoff (H) und Kohlenstoff (C) sind zwar auch typische Nichtmetalle, aber beim Thema Salzen in der Schule eher nicht so angesagt. Also lassen wir die auch weg.
So, und nun kannst du munter diese Metalle mit den genannten Nichtmetallen reagieren lassen und erhältst stets salzartige Verbindungen.
Dabei musst du beachten, dass alle Metalle aus der ersten Hauptgruppe stets einfach positiv geladene Kationen bilden, weil sie ihr einzelnes Valenzelektron abgeben, zum Beispiel
Na (Atom) ---> Na^+ (Natrium-Kation) + 1 e^–
Alle Metalle aus der zweiten Hauptgruppe bilden zweifach positiv geladene Kationen, weil sie ihre beiden Valenzelektronen abgeben, zum Beispiel
Mg (Atom) ---> Mg^2+ (Magnesium-Kation) + 2 e^–
Und alle Metalle aus der dritten Hauptgruppe bilden - du ahnst es sicher schon - dreifach positiv geladene Kationen, zum Beispiel
Al (Atom) ---> Al^3+ (Aluminium-Kation) + 3 e^–
Die Metallatome können die Elektronen (e^–) nicht einfach so loswerden; es muss jemanden geben, der sie aufnimmt. Und das machen die Nichtmetalle.
Dabei ist wichtig zu wissen, dass die Nichtmetalle aus der siebenten Hauptgruppe einfach negativ geladene Anionen bilden, wenn sie die Elektronen der Metallatome aufnehmen, zum Beispiel
Cl (Atom) + e^– ---> Cl^– (Chlorid-Anion)
Die Nichtmetallatome aus der sechsten Hauptgruppe bilden zweifach negativ geladene Anionen, zum Beispiel
S (Atom) + 2 e^– ---> S^2– (Sulfid-Anion)
Und die Nichtmetallatome aus der fünften Hauptgruppe bilden - auch wieder wenig überraschend - dreifach negativ geladene Anionen, zum Beispiel
N (Atom) + 3 e^– ---> N^3– (Nitrid-Anion)
Tja, soweit, so gut... Und nun musst du zum Aufstellen einer Verhältnisformel nur noch wissen, was das ist! Eine Verhältnisformel gibt das kleinste Verhältnis beider Ionensorten an, die benötigt werden, um insgesamt zu einer Formel zu kommen, in der keine Ladung übrig bleibt. Das klingt zuerst einmal kompliziert, ist es aber eigentlich gar nicht.
Stell dir vor, du willst eine Verhältnisformel aus einfach positiv geladenen Natrium-Kationen und einfach negativ geladenen Chlorid-Anionen erstellen. Beide Ionen sind einfach geladen, das eine positiv, das andere negativ. Wie viele Ionen brauchst du nun von beiden Sorten, damit sich die entgegengesetzten Ladungen gegenseitig in ihrer Wirkung aufheben? - Eben, du brauchst von beiden Ionensorten mindestens jeweils eins (eine Plusladung hebt eine Minusladung gerade auf). Darum lautet die Verhältnisformel von Natrium-Kationen und Chlorid-Anionen logischerweise
NaCl
Aber nun stell dir vor, du willst die Verhältnisformel von Natrium-Kationen und Sulfid-Anionen aufstellen. Hier ist die eine Ionensorte nach wie vor einfach positiv geladen, während das Anion zweifach negativ geladen ist. Hier reicht es also nicht, wenn du von beiden Ionensorten jeweils eins nähmst, denn dann würde eine der Ladungen unkompensiert wirksam bleiben. Du benötigst also für eine vollständige Kompensation aller Ladungen auf jedes Sulfid-Anion zwei Natrium-Kationen! Denn zwei einfache Plusladungen gleichen eine doppelte Minusladung gerade auf. Darum lautet die Verhältnisformel von Natriumsulfid ebenso folgerichtig
Na_2S (tiefgestellter Index "2" hinter "Na")
Und hier hast du noch ein weiteres Argument, warum die Beschreibung "Verhältnisformel von zweiatomigen Salzen" sehr einschränkend wäre, weil dann die Formel von Natriumsulfid (oder anderen entsprechenden Salzen) nicht abgefragt werden dürfte (denn hier sind insgesamt drei Teilchen in der Formel "verbraten")...
Ich glaube, was du (oder deine Lehrkraft) gemeint hast (hat), ist, dass die Salz-Verhältnisformel ausschließlich von einfachen Ionen gebildet werden sollen (und nicht von zusammengersetzten - die gibt es nämlich auch noch...).
Wenn du auch Reaktionsgleichungen aufstellen können musst, dann solltest du beachten, dass bestimmte der genannten Elemente nicht in einzelnen Atomen auftreten, sondern als kleine zweiatomige Minimoleküle. Dazu gehören von den oben genannten
Stickstoff (N2 als Element!), Sauerstoff (O2 in elementarer Form!) sowie die vier Halogene Fluor (F2), Chlor (Cl2), Brom (Br2) und Iod (I2).
Dann lautet unter Berücksichtigung dieses Umstandes die Reaktionsgleichung zur Bildung von Natriumchlorid zum Beispiel
2 Na + Cl2 ---> 2 NaCl
Wenn du das für die Arbeit nicht wissen musst, vergiss es einfach wieder... ;o)
Ich hoffe, du konntest alles nachvollziehen. Wenn du noch Fragen hast, stell sie ruhig.
LG von der Waterkant.
Moin,
muss man ja auch. Machen wir uns das mal an zwei Beispielen klar (zuerst ein einfaches, dann ein etwas schwereres):
Aufgabe 1: Ein Stück festes Kalium-Metall reagiert mit gasförmigem Sauerstoff. Dabei entsteht weißes festes Kaliumoxid
Stelle die vollständige Reaktionsgleichung zu dieser Reaktion auf.
Dann gehst du folgendermaßen vor:
1. Schritt: Formulierung der Wortgleichung
Dazu musst du dir überlegen, welche Informationen du aus dem Aufgabentext entnehmen kannst und diese in eine herkömmliche Wortgleichung überführen... Hier kannst du lesen, dass festes Kalium mit gasförmigem Sauerstoff reagiert und dabei festes Kaliumoxid entsteht. Also lautet deine Wortgleichung zu dieser Reaktion
Festes Kalium und gasförmiger Sauerstoff reagieren zu festem Kaliumoxid.
2. Schritt: Übersetzung der Wortgleichung in eine (vorläufige) Formelgleichung.
Dazu musst du nur alles aus der Wortgleichung in die entsprechenden Formeln und Symbole übersetzen, die in der chemischen Formelsprache dafür vorgesehen sind. Kalium und Sauerstoff sind Elemente. Du findest ihre Formelsymbole also im Periodensystem der Elemente (PSE).
Bevor du aber die Formeln hinschreibst, musst du dich fragen, ob eines der beiden Elemente (oder gar beide?) zu den sieben "Ausnahmen" gehören, die in elementarer Form nicht als einzelne Atome vorliegen, sondern als zweiatomige Minimoleküle.
Kalium gehört nicht zu diesen Ausnahmen, aber Sauerstoff! Also heißt es im Falle von Sauerstoff nicht "O", sondern "O2".
Außerdem wurden die Zustände, in denen alle Reaktionsteilnehmer vorliegen, im Aufgabentext genannt. Auch das kann man in einer Reaktionsgleichung berücksichtigend angeben. Dabei symbolisiert man:
• Feststoffe mit "(s)" = fest (vom englischen "solid"),
• Flüssigkeiten mit "(l)" = flüssig (vom englischen "liquid"),
• Gase mit "(g)" = gasförmig (vom englischen "gas" oder "gaseous")
• und dann gibt es noch die Beschreibung für in Wasser gelöste Stoffe, was mit "(aq)" symbolisiert wird, was so viel wie "wässrig" oder "in Wasser gelöst" bedeutet (vom englischen "aqueous").
Es ist sehr gut möglich, dass ihr das so nicht kennengelernt habt. Dann brauchst du das natürlich nicht zu berücksichtigen. Aber es schadet ja auch nicht, mehr zu wissen, als andere... ;o)
Jedenfalls bist du nun gut gerüstet, den ersten Teil deiner (vorläufigen) Formelgleichung anzugehen. Der lautet nämlich
K (s) + O2 (g) ---> ...
Was jetzt noch fehlt, ist das Reaktionsprodukt. Du weißt aus dem Aufgabentext, dass es festes Kaliumoxid ist. Das ist offenbar eine chemische Verbindung. Deshalb findest du sie nicht im PSE, denn dort stehen nur die Symbole für Elemente drin! Daher musst du dir die Formel selbst "zusammenbasteln". Was du jetzt schon sagen kannst, ist, dass es irgendetwas mit Kalium (K) und Sauerstoff (O) zu tun haben muss. Aber wie viele von beiden benötigst du in der Formel? - Nun, da hilft dir, wenn du dir klar machst, was diese beiden Teilchen für Ionen bilden. Und das geht so:
Kalium steht in der 1. Hauptgruppe (HG) des PSE. Erste HG heißt: 1 Valenzelektron (1 Außenelektron; 1 Elektron in der äußeren Schale). Kaliumatome erlangen eine angestrebte Edelgaskonfiguration, wenn sie dieses "blöde" einzelne Elektron nicht hätten, denn dann fiele die Außenschale weg, so dass die nächst-innere Schale zur neuen Außenschale würde. Und diese Schale ist mit Elektronen voll besetzt. Die Abgabe von einem Elektron führt aber dazu, dass das Teilchen danach einfach positiv geladen ist (bedenke, dass ein Kaliumatom 19 positiv geladene Protonen im Kern und 19 negativ geladene Elektronen in seiner Hülle hat, während das in der Reaktion entstehende Teilchen zwar immer noch 19 Protonen, aber nur noch 18 Elektronen besitzt). Wichtig ist also:
1. HG ---> 1 Valenzelektron ---> gibt 1 Elektron ab ---> wird zu einem einfach positiv geladenen Kation.
Sauerstoff findest du in der sechsten HG. Die Atome der Elemente, die man in dieser HG findet, haben demnach 6 Valenzelektronen. Es würde viel zuviel Energie erfordern, wenn auch solche Atome ihre Valenzelektronen abgeben wollten, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen (bedenke, dass es immer schwieriger wird, aus zunehmend positiver werdenden Ionen immer weiter Elektronen entfernen zu wollen). Aber für eine voll besetzte Schale fehlen Sauerstoffatomen nur zwei Elektronen. Darum nehmen Atome von solchen Elementen Elektronen auf, um die angestrebte Edelgaskonfiguration zu erlangen. Das führt uns zu folgendem Zusammenhang:
6. HG ---> 6 Valenzelektronen ---> nimmt 2 Elektronen auf ---> wird zu einem zweifach negativ geladenen Anion.
Das heißt, es entstehen K^+-Kationen und O^2– -Anionen. Und nun frage dich, wie viele brauchst du von beiden Ionensorten, um eine Formel hinzubekommen, in der sich alle Ladungen in ihrer Wirkung gegenseitig kompensieren ("aufheben")?!
Eben! Du brauchst 2 von den Kalium-Kationen und 1 Sauerstoff-Anion. Also lautet deine Verhältnisformel für das Salz Kaliumoxid
K2O
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Nun kannst du die (vorläufige) Formelgleichung vervollständigen. Sie lautet
K (s) + O2 (g) ---> K2O (s)
3. Schritt: Ausgleichen der (vorläufigen) Formelgleichung
Das ist nötig, weil bei einer chemischen Reaktion die reagierenden Teilchen nicht einfach aus dem "Nichts" entstehen oder ins "Nirwana" verschwinden können. Oder anders ausgedrückt, das chemische Grundgesetz zur Erhaltung der Masse zwingt dich, hier dafür zu sorgen, dass von allen Elementsymbolen auf beiden Seiten des Reaktionspfeils gleich viele vorhanden sind.
Das ist hier nicht der Fall. Links hast du 1 x K, rechts aber 2 x K (in "K2O"). Umgekehrt hast du links 2 x O (in "O2"), rechts nur 1 x (in "K2O"). Darum musst du das durch entsprechende Faktoren vor den Formeln ausgleichen. Beachte: Du darfst NIE eine einmal als richtig erkannte Formel im Nachhinein verändern, nur weil dir das für deine Reaktionsgleichung gerade besser in den Kram passen würde! Ausgleichen geht NUR über Faktoren vor Formeln.
Um das hinzubekommen, nimmst du dir einen Reaktionspartner und versuchst, dessen Bilanz links und rechts auszugleichen. Und du gleichst aus, indem du das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) der vorhandenen Häufigkeiten suchst.
Im Grunde kannst du anfangen, wo du willst, aber ich rate dir, mit den Elementsymbolen zu beginnen, die solche Besonderheiten wie "Zweiatomige Minimoleküle in elementarer Form" aufweisen, hier also mit dem Sauerstoff...
Vom Sauerstoff gibt es links 2, rechts dagegen nur 1. Das kgV von "2" und "1" ist "2". Also ändert sich links nichts (das heißt genauer, du setzt theoretisch vor das "O2" den Faktor "1"). Aber rechts setzt du vor das "K2O" den Faktor "2".
K (s) + O2 (g) ---> 2 K2O (s)
Nun hast du links und rechts die gleiche Anzahl von Sauerstoffteilchen, nämlich jeweils 2.
Kommen wir nun zum Kalium. Davon hast du links 1 und rechts nun 4 (2 • K2O; beachte, dass ein Faktor vor einer Formel für ALLE Elementsymbole in der Formel gilt). Du benötigst also das kgV von "1" und "4", und das ist "4". Darum musst du diesmal rechts nicht verändern (bzw. das ganze mit 1 multiplizieren), während du links vor das "K" den Faktor "4" hinschreiben musst. Dann erhältst du
4 K (s) + O2 (g) ---> 2 K2O (s)
Eine kurze Schlussüberprüfung zeigt: Links 4 K, rechts auch; links 2 O, rechts auch. Alles ist ausgeglichen; wir sind fertig.
Aufgabe 2: Festest Aluminium reagiert mit flüssigem Brom zu festem Aluminiumbromid. Stelle die vollständige Reaktionsgleichung zu dier Reaktion auf.
1. Schritt: Wortgleichung
Festest Aluminium und flüssiges Brom reagieren zu festem Aluminiumbromid.
2. Schritt: (vorläufige) Formelgleichung
Al (s) + Br2 (l) ---> AlBr3 (s)
Denn: Aluminium gehört nicht zu den Ausnahmen; Brom gehört zu den sieben Ausnahmen, daher "Br2".
Die Verhältnisformel ergibt sich aus folgenden Überlegungen:
Al steht in der 3. HG des PSE
3. HG ---> 3 Valenzelektronen ---> gibt 3 Elektronen ab ---> es bilden sich Al^3+-Kationen.
Br steht in der 7. HG des PSE
7. HG ---> 7 Valenzelektronen ---> nimmt 1 Elektron auf ---> es bilden sich Br^– -Anionen.
Man braucht pro Al^3+-Kation 3 Br^– -Anionen, damit sich alle Ladungen gegenseitig kompensieren. Darum ist die Verhältnisformel von Aluminiumbromid "AlBr3".
3. Schritt: Ausgleichen
Wir beginnen mit dem Element, das "Zickigkeiten" hat, also mit Brom.
Links hast du 2 x Br (im "Br2"), rechts 3 x (im "AlBr3"). Das kgV von "2" und "3" ist "6". Also muss die linke Seite mit dem Faktor "3" und die rechte Seite mit dem Faktor "2" multipliziert werden:
Al (s) + 3 Br2 (l) ---> 2 AlBr3 (s)
Nun hast du auf beiden Seiten des Reaktionspfeils je 6 x Br.
Kommen wir nun zum Aluminium... Links hast du 1 x Al, rechts (jetzt) 2 x Al. Das kgV von "1" und "2" lautet "2". Also musst du Al links mit "2", rechts mit "1" multiplizieren. Das ergibt
2 Al (s) + 3 Br2 (l) ---> 2 AlBr3 (s)
Alles ist ausgeglichen... Fert'sch!
Ich hoffe du konntest alles nachvollziehen. Zum Schluss noch ein paar Übungen, denn üben macht den Meister!
Aufgabe: Erstelle für alle folgenden Reaktionen eine vollständige Reaktionsgleichung
a) Festes Lithium regiert mit gasförmigem Chlor. Dabei entsteht festes Lithiumchlorid.
b) Festes Magnesium reagiert mit gasförmigem Sauerstoff. Es bildet sich festes Magnesiumoxid.
c) Die Feststoffe Calcium und Iod reagieren miteinander. Danach liegt der Feststoff Calciumiodid vor.
d) Festes Aluminium reagiert mit gasförmigem Sauerstoff zu einem Feststoff.
e) Metallisches Strontium reagiert mit gasförmigem Fluor. Am Ende liegt ein Feststoff vor.
LG von der Waterkant.
Gruppen 1 bis 3: Edelgaskonfiguration wird durch Abgabe von Elektronen erreicht. Anzahl der abgegebenen Elektronen = Anzahl der Elektronen in der äußersten Schale = Gruppennummer. Positive Ionen ("Katioinen"); Ladungszahl = Anzahl der abgegebenen Elektronen = Gruppennummer.
Beispiele: Na⁺, Ca²⁺, Al³⁺
Gruppen 5 bis 7: Edelgaskonfiguration wird durch Aufnahme von Elektronen erreicht. Anzahl der aufgenommenen Elektronen = 8 minus Gruppennummer. Negative Ionen ("Anionen"); Ladungszahl = Anzahl der aufgenommenen Elektronen = 8 minus Gruppennummer.
Beispiele: Cl⁻, O²⁻, P³⁻
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Das Salz muss nach außen neutral sein. D. h. auf positive Ladung eines Kations muss eine negative Ladung eines Anions kommen und umgekehrt.
Bei (entgegengesetzt) gleichen Ladungen von Kation und Anion ist es einfach: Verhältnis 1:1.
Beispiele: NaCl (Na⁺ + Cl⁻), CaO (Ca²⁺ + O²⁻), GaAs (Ga³⁺ + As³⁻).
Wenn eins der Ionen nur einfach geladen ist, braucht man davon so viele, wie die Ladung des anderen Ions angibt.
Beispiel: Natrium-Oxid: Na⁺ und O²⁻. Das heißt, wir brauchen je O²⁻-Ion zwei Na⁺-Ionen. Die Formel ist damit Na₂O.
Beispiel: Calcium-Fluorid: Ca²⁺ und Fl⁻. Das heißt, wir brauchen je Ca²⁺-Ion zwei F⁻-Ionen. Die Formel ist damit CaFl₂.
Bei anderen Ladungen nehmen wir immer so viele Ionen der einen Sorte, wie die Ladungszahl des anderen angibt.
Beispiel: Aluminium-Oxid: Al³⁺ und O²⁻. Das heißt, wir brauchen je 2 Al³⁺-Ionen 3 O²⁻-Ionen und je 3 O²⁻-Ionen 2 Al³⁺-Ionen. Die Formel ist damit Al₂O₃.
Hoffentlich ist das jetzt verständlich genug.
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(Eine Verbindung aus einem Element der 3. und einem der 5. Hauptgruppe ist aber mehr "kovalent" als "ionisch".)
Arbeite das hier mal durch, das ist genau das was du benötigst:
http://www.meingrundwissen.de/index.php?option=com_content&view=article&id=57&Itemid=66
Meint sie vielleicht die Lewis Formel ?
Die mit dem Buchstaben wo dann die Punkte für die Aussen Elektronen drum sind usw. ?
Den Begriff hab ich noch nicht gehört, aber die Salze haben sie leider auch behandelt als ich nicht da war. Kann aber gut sein, dass die das ist.
Und ja wir hatten Reaktionsgleichungen mit zweiatomigen Molekülen schon, aber ich dachte das hat jetzt auch irgendeinen Zusammenhang mit den Verhältnisformeln, also dass man das da auch irgendwie beachten müsste.