Chemie Hausaufgaben?

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DedeM
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Chemie
19.04.2021, 15:37

Moin,

das sind fast alles Ionenverbindungen (außer Borbromid und Kohlenstoffdioxid).

In solchen Ionenverbindungen kommen Ionen vor (irgendwie logisch, oder?!). Du musst also zunächst einmal herausfinden, welche Ladung die Ionen haben.

Bei den Hauptgruppenelementen Lithium, Chlor, Calcium, Schwefel (Sulfur), Aluminium, Sauerstoff (Oxigenium), Beryllium, Fluor, Natrium, Magnesium, Phosphor, Blei, Stickstoff (Nitrogenium) und Iod ist das relativ einfach. Das geht wie folgt:

Lithium
Lithium steht im Periodensystem der Elemente (PSE) in der 1. Hauptgruppe (HG). Die Hauptgruppennummer gibt dir nun an, wie viele Elektronen die Atome der Elemente, die in der HG versammelt sind, im äußersten Hauptenergieniveau (in der Außenschale) haben. Diese Außenelektronen werden auch Valenzelektronen genannt.

Das Element Lithium (Li) steht also in der 1. HG im PSE und seine Atome haben demnach 1 Valenzelektron (1. HG = 1 Valenzelektron)

Nun musst du folgendes verstehen: Die Atome von Edelgasen (8. HG im PSE) reagieren im Grunde nicht mit anderen Atomen zu stabilen Verbindungen. Das liegt daran, dass eine chemische Reaktion immer zu einer Veränderung in der Elektronenhülle von reagierenden Atomen führt. Aber die Atome von Edelgasen haben energetisch eine überaus günstig aufgebaute Hülle. Anzahl und Anordnung der Elektronen in den Hüllen von Edelgasatomen sind von Natur aus perfekt. Das bedeutet aber auch, dass jede Veränderung in der Edelgasatomhülle eine Verschlechterung dieses perfekten Zustandes mit sich brächte. Darum verzichten die Atome von Edelgasen unter normalen Bedingungen lieber darauf und reagieren nicht mit anderen Atomen zu irgendwelchen Verbindungen (sie sind zu „edel” dafür).

Die Atome aller anderen Elemente haben aber gerade nicht so eine perfekte Edelgaskonfiguration in ihren Hüllen. Darum reagieren die Atome der anderen Elemente im PSE munter miteinander und bilden alle möglichen Arten von Verbindungen. Das tun sie, weil sie dadurch auch eine Edelgaskonfiguration erreichen wollen (denn eine chemische Reaktion bedeutet eine Veränderung in der Elektronenhülle und wenn dabei eine Situation herauskäme wie sie bei Edelgasatomen von Natur aus vorliegt, ist das die Mühe wert...).

Kommen wir zurück zum Lithium. Die Atome des Lithiums haben insgesamt drei Elektronen in ihren Hüllen (Lithium steht auf Platz 3 im PSE, hat also 3 Protonen im Kern, weshalb dann auch 3 Elektronen in der Hülle von Lithiumatomen vorhanden sind).
Vor Lithium steht im PSE das Edelgas Helium (He) mit insgesamt zwei Elektronen in seiner Atomhülle. Das nächste, auf Lithium folgende Edelgas im PSE ist Neon (Ne), das zehn Elektronen in der Hülle seiner Atome hat.

Um also eine Edelgaskonfiguration zu erreichen, kann ein Lithiumatom also theoretisch 1 Elektron abgeben oder es muss 7 (!) Elektronen aufnehmen. Da die Abgabe eines Elektrons mit etwa dem gleichen Energieaufwand verbunden ist wie die Aufnahme eines Elektrons, liegt es auf der Hand, dass es viieel weniger Energie kostet, ein Elektron abzugeben als sieben Elektronen aufzunehmen.

Wenn aber ein Lithiumatom im Verlauf einer Reaktion ein Elektron abgibt, wird es zu einem einfach positiv geladenen Lithiumion (Lithiumkation). Warum? - Nun, weil die chemische Reaktion, wie gesagt, mit einer Veränderung in der Elektronenhülle einhergeht. Am Atomkern ändert sich dagegen nichts! Tja, im Kern haben Lithiumatome aber vor wie nach der Reaktion drei Protonen (also drei Plusladungsträger). Im atomaren Zustand haben Lithiumatome auch drei Elektronen (drei Minusladungsträger). Deshalb ist ein Lithiumatom nach außen ungeladen, weil sich die Wirkungen der drei Minusladungen und der drei Plusladungen gerade gegenseitig aufheben (kompensieren).
Aber im Lithiumkation stehen nun nach der Reaktion den drei Plusladungsträgern im Kern nur noch zwei Minusladungsträger in der Hülle gegenüber, denn ein Elektron wurde ja abgegeben. Deshalb bleibt im Lithiumkation eine Plusladung unausgeglichen wirksam.

Damit hast du folgenden Zusammenhang im Überblick:
Lithiumatom:

  • Platz 3 im PSE: 3 Protonen und 3 Elektronen
  • 1. HG: 1 Valenzelektron
  • nächste Edelgase He mit 2 Elektronen (oder Ne mit 10 Elektronen)
  • das eine Valenzelektron wird abgegeben (weil das leichter ist als sieben Elektronen aufzunehmen)
  • dann entsteht ein einfach positiv geladenes Lithiumion: Li ---> Li^+ (+ 1 e^–)
  • das hat die gleiche Elektronenkonfiguration wie ein Edelgasatom von Helium

Und genau so kannst du das nun analog für alle Hauptgruppenelemente machen:

Chloratom:

  • Platz 17 im PSE: 17 Protonen und 17 Elektronen
  • 7. HG: 7 Valenzelektronen
  • nächste Edelgase: (Ne mit 10 Elektronen) oder Ar mit 18 Elektronen
  • hier wird also ein Elektron aufgenommen (weil das leichter ist als sieben Elektronen abzugeben)
  • dann entsteht ein einfach negativ geladenes Chloridion: Cl + 1 e^– ---> Cl^–
  • das hat die gleiche Elektronenkonfiguration wie ein Edelgasatom von Argon

Um nun die Formel von Lithiumchlorid zu ermitteln, musst du einerseits insgesamt möglichst wenige der beiden Ionensorten benutzen, aber andererseits von beiden entgegengesetzt geladenen Ionen so viele nehmen, dass sich die Ladungen gegenseitig in ihrer Wirkung aufheben.
Hier hast du Li^+ und Cl^–. Ein Ion ist einfach positiv, das andere einfach negativ geladen. Wenn du von beiden Sorten je eins nimmst, sind das möglichst wenige UND die beiden Ladungen gleichen sich gegenseitig aus. Deshalb ist die Formel von Lithiumchlorid LiCl.

Calcium:

  • Platz 20 im PSE: 20 Protonen und 20 Elektronen
  • 2 HG: 2 Valenzelektronen
  • nächste Edelgase: Ar mit 18 Elektronen (oder Kr mit 36 Elektronen)
  • die 2 Valenzelektronen werden abgegeben
  • dann entsteht ein zweifach positiv geladenes Calciumion: Ca^2+
  • das hat die gleiche Elektronenkonfiguration wie ein Edelgasatom von Argon

Schwefel (Sulfur):

  • Platz 16 im PSE: 16 Protonen und 16 Elektronen
  • 6 HG: 6 Valenzelektronen
  • nächste Edelgase: Ar mit 18 Elektronen (oder Ne mit 10 Elektronen)
  • nimmt 2 Elektronen auf
  • dann entsteht ein zweifach negativ geladenes Sulfidion: S^2–
  • das hat die gleiche Elektronenkonfiguration wie ein Argonatom

Formel: Ca^2+, S^2–
Calciumsulfid hat die Formel CaS

Aluminium:

Aluminiumion: Al^3+

Sauerstoff (Oxigenium):

Oxidion: O^2–

Formel: Al^3+, O^2–
Aluminiumoxid hat die Formel Al2O3 (weil sich 2 • 3+ und 3 • 2– gegenseitig kompensieren)

Bei den Nebengruppenelementen ist das komplizierter, weil die Atome dieser Elemente oft verschiedene Ionen bilden können. Aber hier hast du ja den Tipp erhalten, dass die römische Zahl im Namen der Verbindung die Ladung des Ions angibt. Dazu musst du nur noch wissen, dass Metalle (so gut wie immer) positiv geladene Ionen bilden.

Dann erhältst du zum Beispiel für Eisen-III-oxid dieses Ergebnis:

Eisenion: Fe^3+ (weil es Fe-III... heißt)
Oxidion: O^2–
Formel: Fe2O3 (siehe Aluminiumoxid)

Etwas anders läuft das beim Borbromid bzw. beim Kohlenstoffdioxid, weil hier keine Ionen gebildet werden, sondern es zur Ausbildung von Atombindungen kommt.

Das könnte ich dir auch genauer erklären, aber ich finde, dass du bereits jetzt genug zu verstehen bekommen hast. Darum kurz und knapp:

Bor: 3. HG: dreibindig
Brom: 7. HG: einbindig
Bindigkeiten müssen zusammenpassen:
Formel BBr3

Kohlenstoff: 4. HG: vierbindig
Sauerstoff: 6. HG: zweibindig
Formel: CO2

Den Rest schaffst du jetzt allein, nicht wahr? Ich glaube an dich!

LG von der Waterkant