Teilchen ndern sich IonenBildung Stand 04 11 2020

Teilchen ändern sich Ionen-Bildung Stand 04. 11. 2020

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Da ist ein Problem versteckt Kochsalz (Natriumchlorid) ist ein für den Menschen lebensnotwendiger Stoff: wenn wir nicht mindestens 1 g am Tag essen, drohen gesundheitliche Schäden. Im Labor kann man Kochsalz aus den Elementen Natrium und Chlor herstellen. 3

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Aufgabe 1 von 7 Recherchiere mit Hilfe des Schul-Buches bzw. im Internet wesentliche Eigenschaften der Stoffe Natrium, Chlor und Kochsalz (Natriumchlorid). Notiere deine Informationen in Tabellen-Form in dein Labor. Tagebuch. Lass Platz für eine Überschrift. 5

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Lösung Du wirst folgendes gefunden haben: Natrium Na Chlor Cl 2 Natriumchlorid Na. Cl Aussehen, Farbe metallisch glänzend gelb-grün erscheint weiß Aggregatszustand fest gasförmig fest Metalle Nichtmetalle Salz Stoffklasse Gefahren-Symbole keine Auffallend sind die vielen Gefahren-Symbole bei Natrium und Chlor, hingegen keine bei Kochsalz. 8

Beobachte die Entstehung von Kochsalz Über den QR-Code unten kannst du ein Video laden, in dem Kochsalz künstlich hergestellt wird. Im Reagenzglas RG befindet sich Natrium. Es wird erhitzt. Dann wird aus einer Spritze Chlorgas durch ein Loch im RG hinzugegeben. Am Ende erkennt man das Kochsalz als weißen Rauch und als weiß aussehendes Pulver an der Wand des RG. 9

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Mit dieser Kiste kannst du herausfinden, … … was mit den beiden gefährlichen Stoffen passiert ist, dass sie zusammen… a) …nicht mehr gefährlich, b) ja sogar lebensnotwendig sind. Natriumchlorid Chlor 11

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Du kannst schon … • … aus dem PSE den Atombau der Elemente ableiten, • … einen Leitfähigkeitsprüfer bedienen, • … die Edelgas-Konfiguration erkennen. 13

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Aufgabe 2 von 7 Das Metall Natrium zeigt elektrische Leitfähigkeit, Chlor als Nicht-Metall ist hingegen kein elektrischer Leiter. In der Kiste findest du: • Becherglas • Kochsalz • Spatel • Leitfähigkeitsprüfer (an die Batterie anschließen). Fülle ca. 30 m. L Wasser ins Becherglas. Teste die Leitfähigkeit. Gib dann etwas Kochsalz hinzu. Rühre um. Untersuche die Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit von destilliertem Wasser. Dokumentiere das Experiment im Heft. Finde eine Erklärung für das Versuchsergebnis. 15

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Lösung Leitfähigkeit einer Salz-Lösung Versuch: a) geprüft wird destilliertes Wasser. b) geprüft wird etwas Kochsalz in Wasser gelöst. Beobachtung: a) destilliertes Wasser leitet nicht. b) Kochsalz-Lösung leitet. Erklärung: In der Kochsalz-Lösung müssen Teilchen mit Ladungen vorliegen, die den Strom-Kreis schließen. 18

Aufgabe 3 von 7 Die Lösung liegt, wie meistens in der Chemie, auf der Teilchen-Ebene. In der Kiste findest du das Energiestufen-Modell („Tortenböden-Modell“) für ein Natrium- und ein Chlor-Atom. Schau dir die Modelle an und wiederhole dabei die Eigenschaften eines Atoms. 19

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Hilfe Zur Erklärung des Tortenboden-Modells: So würde es für das Bor-Atom aussehen: Hülle Kern 5 p+ 5 n 22

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Lösung Atom-Bau als „Tortenboden-Modell“, Ansicht von oben. Die Atome sind nach außen neutral. Valenz. Elektronen sind mit einem x gekennzeichnet. x x x x Natrium-Atom Chlor-Atom 24

Aufgabe 4 von 7 Beschreibe, welche Veränderungen an den Atomen stattfinden müssen, damit sie eine elektrische Ladung tragen. Verändere dazu deine Atom-Modelle. Berücksichtige dabei die Regeln, die du bisher kennst. Beachte die Veränderung der Ladungs-Verteilung in Kern und Hülle. Du kannst wahlweise auch die App verwenden, die du über den QR-Code laden kannst. 25

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Hilfe Zum Tortenboden-Modell 1. Bei chemischen Reaktionen kommt es immer zu Veränderungen in der Valenz-Schale. 2. Es dürfen nur Elektronen von einem zum anderen Atom-Modell verschoben werden. 3. Je weniger Elektronen verschoben werden müssen, um eine Edelgas-Konfiguration zu erreichen, desto leichter kann das passieren. 4. Wenn du fertig bist, vergleiche jeweils die Ladung von Atom-Kern und Atom-Hülle und lege die Gesamt-Ladung fest. 28

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Hilfe App „Edelgasinator“ 1. Lass dir das Periodensystem zeigen. 2. Wähle Natrium und Chlor aus und lasse eine Aufgabe erstellen. Es erscheinen die beiden entsprechenden Atom-Bilder mit den Valenz-Elektronen. 3. Ziehe je ein Atom auf die Arbeitsfläche in der Mitte. 4. Übertrage durch Ziehen so lange Elektronen, bis beide Atomsorten Edelgas-Konfiguration erreicht haben. 5. Lasse das Ergebnis überprüfen. 30

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Lösung Das Natrium-Atom kann sein einziges Valenz-Elektron abgeben. Es erreicht die Konfiguration von Neon. Dadurch ist eine positive Ladung im Kern mehr: es wird zu einem einfach geladenen Natrium-Kation. Das Chlor-Atom nimmt ein Elektron auf. Es erreicht die Konfiguration von Argon. Dadurch hat es eine überzählige negative Ladung in der Valenz-Schale und wird zum negativ geladenen Chlorid-Anion. 32

Aufgabe 5 von 7 Laut internationaler Vereinbarung wird in Gleichungen die Elektronen-Abgabe mit den Elektronen rechts und die Elektronen-Aufnahme links vom Reaktions-Pfeil formuliert. In Gleichungen kommen nur + vor, keine Verknüpfungen mit -. Formuliere die beiden Vorgänge als Gleichungen. 33

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Hilfe Lege die beiden Gleichungen erst mit den Moosgummi-Modellen. 36

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Lösung Wende das Elektronen-Modell. Na + Na Cl - Beide Teilchen rutschen auf die Produkt-Seite. Das Elektron wird vom Chlor. Atom aufgenommen. Cl - Als Anion rutscht es auf die Produkt-Seite. Notiere das jetzt als Gleichungen. 38

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Lösung Ionenbildung Elektronen-Abgabe: Na • Na+ + e- Elektronen-Aufnahme: Cl • + e- Cl- 40

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Lösung Bei der Kochsalz-Entstehung sind aus Natrium-Atomen durch Abgabe eines Elektrons positiv geladene Natrium-Kationen entstanden. Aus Chlor-Atomen sind durch Aufnahme eines Elektrons negativ geladene Chlorid-Anionen entstanden. Verallgemeinerung: Positiv geladene Teilchen heißen Kationen. Negativ geladene Teilchen heißen Anionen. 42

Du weißt nun: Bei der Kochsalz-Entstehung sind geladene Teilchen, Anionen und Kationen, entstanden. Diese sind für die elektrische Leitfähigkeit der Kochsalz-Lösung und alle anderen Änderungen von Eigenschaften verantwortlich. 43

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Aufgabe 6 von 7 Da die Wissenschaft Chemie sehr logisch ist, kannst du erwarten, dass das, was du jetzt am Beispiel Kochsalz kennen gelernt hast, sich als Prinzip der Ionen-Bildung auf alle Salze übertragen lässt. Text-Bausteine: • • nehmen bevorzugt Elektronen auf geben bevorzugt Elektronen ab Kationen Anionen Metall-Atome Nichtmetall-Atome entstehende Ionen Formuliere mit Hilfe der vorgegebenen Text-Bausteine allgemein gültige Regel für Metalle und Nichtmetalle. 45

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Lösung Metall-Atome geben bevorzugt Elektronen ab und bilden Kationen. Nichtmetall-Atome nehmen bevorzugt Elektronen auf und bilden Anionen. 48

Das sollte bleiben: 1. Wenn aus Metall- und Nichtmetall-Atomen Salze werden, werden Valenz-Elektronen ausgetauscht, bis jedes Element eine Edelgas-Konfiguration erreicht hat. 2. Metalle bilden Metall-Kationen. 3. Nichtmetalle bilden Nichtmetall-Anionen. 49

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Teste dich selbst (leichter) Würden Calcium-Atome Ca mit Sauerstoff-Atomen O reagieren (verbrennen), würde die Reaktion ähnlich ablaufen wie bei Natrium-Atomen mit Chlor-Atomen - die Flamme wäre nur rötlicher. Formuliere die beiden Gleichungen für die Ionen-Bildung. 51

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Hilfe Lege die beiden Gleichungen erst mit den Moosgummi-Modellen. 54

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Lösung Wende die Elektronen-Modelle. Ca + + Ca O - - Alle Teilchen rutschen auf die Produkt-Seite. Beide Elektronen werden vom Sauerstoff-Atom aufgenommen. - O - Als Anion rutscht es auf die Produkt-Seite. Notiere das jetzt als Gleichungen. 56

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Lösung Ionenbildung ● Elektronen-Abgabe: Ca ● Ca 2+ + 2 e- Elektronen-Aufnahme: O ● + 2 e- O 2 - ● 58

Teste dich selbst (schwerer) Würden Calcium-Atome Ca mit Chlor-Atomen Cl reagieren (verbrennen), würde die Reaktion ähnlich heftig ablaufen wie bei Natrium-Atomen mit Chlor-Atomen. Formuliere die beiden Gleichungen für die Ionen-Bildung. 59

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Lösung Mit den Moosgummi-Modellen Na Na + - - Na O - O 62

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Lösung Ionenbildung als Gleichungen ● Elektronen-Abgabe: Ca ● Ca 2+ + 2 e- Elektronen-Aufnahme: Cl ● + 1 e- Cl- Es müssen aber beide Elektronen des Calcium-Atoms aufgenommen werden, sonst kann es sie nicht los werden: Elektronen-Aufnahme: 2 Cl ● + 2 e- 64 2 Cl-

Lösung des Eingangs-Problems Erinnerst du dich? „Aus zwei Gefahr-Stoffen entsteht im Experiment ein für den Menschen lebensnotwendiger Stoff. “ Wie ist das geschehen? Ein einziges Elektron ist vom Natrium-Atom auf das Chlor. Atom übergegangen – und die Eigenschaften haben sich dramatisch geändert. Einen Grund dafür zeigt dir Erfahrungs-Kiste ek 27. 65

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Selbsteinschätzung Ordne dich gedanklich einem Smiley zu. Wie sicher kannst du dir erklären, wie Ionen entstehen? • Hast du ein grünes Smiley gewählt, freu dich, alles perfekt. • Hast du ein gelbes Smiley gewählt, schau dir nochmals die Lösungen auf S. 34 und S. 50 an. • Hast du ein rotes Smiley gewählt, frag den Betreuer bzw. Lehrer nach einem Rat. 67

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Entsorgung • Entsorge die Kochsalz-Lösung im Ausguss und reinige das Becherglas mit Wasser. Trockne mit Papier-Tüchern nach. • Trockne alle mit der Lösung in Berührung gekommenen Gegenstände ab. • Lege alle Gegenstände und Materialien wieder in die Kiste an ihren Platz zurück. • Ist das Natriumchlorid bei deinem Versuch leer geworden, bitte deinen Betreuer, dieses nachzufüllen. 69

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Diese Anleitung wurde gefertigt von Alexandra Granda, Renate Hoffmann, Bettina Münzer, Silke Schuberth und Sabine Zimmermann. Im Rahmen des AK Selbst Organisiertes Lernen (SOL) in der Abteilung für Didaktik der Chemie an der Universität Bayreuth. Bildquellen: Alle Bilder und Graphiken wurden in der Abteilung Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth erstellt. 71