Die folgende verpflichtende Unterrichtseinheit hat eine Bearbeitungszeit von ca. 45 Minuten. Ihr benötigt für die Bearbeitung: Das Schulbuch, das PSE, einen Zettel und einen Stift. Und Ruhe. Voraussetzung für die Bearbeitung ist, dass ihr Arbeitsauftrag Chemie2 erledigt habt (vom Mo, 23.03.). Am Ende erhaltet ihr einen Hefteintrag sowohl für die Einheit Chemie2 als auch Chemie3. Den könnt ihr abschreiben (bitte nur im Notfall) oder ausdrucken und einkleben.
Bitte klickt erst auf "Lösung", wenn ihr die Aufgabe wirklich versucht habt zu lösen.
Verbesserung der Hausaufgabe
Xenon hat bereits Edelgaskonfiguration (8 VE auf der äußersten Schale). Durch eine (oder mehr) Atombindung(en) mit einem weiteren Xenon-Atom würde dieser energiearme Zustand zerstört werden. Daher kommen alle Edelgase einatomige Gase vor, im Gegensatz zu den anderen elementaren Gasen (wie z.B. Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff...)
Ein Natrium-Atom könnte mit seinem einen Valenzelektron lediglich eine Atombindung aufbauen. Dadurch käme eine Konfiguration zustanden, bei der dem Atom zwei Elektronen zugeordnet werden können. Das ist weit entfernt von einer Edelgaskonfiguration und daher auch nicht stabil.
- Zeichne die Valenzstrichformel für Wasserstoffperoxid (H2O2)
Neu: Unterschiede zwischen Salzen und Molekülen
Bevor wir uns einige Spezialfälle beim Aufstellen von Valenzstrichformeln anschauen, soll hier zunächst noch einmal der Unterschied zwischen Salzen und Molekülen etwas genauer beleuchtet werden: Die chemischen Formeln CaF2 und CO2 sehen sich auf den ersten Blick recht ähnlich: Beide enthalten drei Atome, eines davon kommt doppelt vor. Auf Teilchen-Ebene betrachtet bedeuten sie jedoch etwas völlig anderes.
Zunächst zum Calciumfluorid (CaF2): Es gibt kein einzelnes CaF2-Teilchen. CaF2 ist ein Salz und besteht aus sehr vielen Ca2+- und sehr vielen F--Ionen. Alle ziehen aufgrund der unterschiedlichen Ladungen an ihren entgegen gesetzt geladenen Nachbarn, in alle Richtungen. Es entstehen riesige Gebilde, die Salzkristalle. Insgesamt ist das Verhältnis der vorliegenden Ionen in einem solchen Salzkristall aber immer 1 : 2. Nur so können sich die Ladungen exakt neutralisieren und es entsteht ein ungeladener Stoff (wären Salze geladen, würde man z.B. beim Berühren eine elektrischen Schlag bekommen). Das folgende Bild zeigt den Ausschnitt aus einem CaF2-Kristall. Weiß dargestellt sind die Ca2+-Ionen, die F--Ionen grün. Man kann erkennen, dass Calcium-Ionen jeweils von acht Fluorid-Ionen als direkte Nachbarn umgeben sind (der graue Würfel links in der Abbildung), während Fluorid-Ionen jeweils nur von vier Calcium-Ionen als direkte Nachbarn umgeben sind (die graue pyramidenähnliche Figur rechts in der Abbildung). Pro Fluorid-Ion sind also doppelt so viele Calcium-Ionen vorhanden.
Nun zum Kohlenstoffdioxid (CO2): Hier gibt es tatsächlich einzelne CO2Teilchen. Jeweils eine Doppelbindung verbindet genau ein Sauerstoffatom mit dem zentralen Kohlenstoffatom. Diese drei Atome bilden eine Einheit, eben das Molekül. Mit anderen Teilchen tritt zunächst keine Wechselwirkung auf (später werden wir sehen, dass dies nicht korrekt ist, für den Moment bleiben wir aber bei dieser Annahme).
Woran erkennt man nun, ob ein Salz oder ein Molekül vorliegt? Im Moment ist auch das noch recht einfach: Salze liegen vor, wenn es sich um eine Verbindung aus einem Metall und einem Nichtmetall handelt. Moleküle liegen vor, wenn es sich um eine Verbindung aus Nichtmetallen untereinander handelt.
- Entscheidet, ob es sich bei den folgenden Verbindungen um ein Salz oder einen molekularen Stoff handelt (Im PSE in eurem Buch auf der letzten Seite kann man erkennen, ob ein Element zu den Metallen oder Nichtmetallen gezählt wird): NO2, K2O, Al2O3, N2O3
- NO2: Stickstoff(N) und Sauerstoff (O) sind Nichtmetalle, das bedeutet: NO2 ist ein molekularer Stoff
- K2O: Kalium (K) ist ein Metall, Sauerstoff (O) ein Nichtmetall, das bedeutet: K2O ist ein Salz
- Al2S3: Aluminium (Al) ist ein Metall, Schwefel (S) ein Nichtmetall, das bedeutet: Al2S3 ist ein Salz
- SO3: Schwefel (S) und Sauerstoff (O) sind Nichtmetalle, das bedeutet: SO3 ist ein molekularer Stoff
Zurück zu den Valenzstrichformeln für Moleküle:
In der letzten Unterrichtseinheit habt ihr gesehen, wie man die Valenzstrichformel für Moleküle aufstellt. In eurem Buch ist ein mathematisches Verfahren dazu beschrieben. Ich persönlich finde es etwas umständlich und glaube, das man auch ohne dieses Verfahren auskommt. Einfach indem man sich ein paar sinnvolle Gedanken macht und etwas herumprobiert. Ihr dürft aber gerne das mathematische Verfahren anwenden.
- Versucht nun eine Valenzstrichformel für das Molekül Schwefeldioxid (SO2) aufzustellen!
Wenn ihr etwas Geduld aufgebracht habt, kommt ihr vielleicht zu der folgenden Lösung:
Obwohl hier alle drei Atome Edelgaskonfiguration aufweisen würden, bildet sich dieses Molekül nicht! Diese Lösung ist daher leider falsch. Aber woran liegt das?
Das Problem ist die Geometrie. Ein Effekt, den ich euch im Moment nicht näher erläutern kann, führt dazu, dass Dreiecks- und Vierecks-Verbindungen so gut wie nie stabil sind und sich daher auch (fast) nicht bilden. Die oben abgebildete Variante eines SO2-Moleküls wäre eine Dreiecks-Verbindung.
Wenn ihr weiter versucht, eine Lösung zu finden, werdet ihr vermutlich verzweifeln. Es fehlt euch nämlich noch eine wichtige Zusatzinformation. Zunächst zeige ich euch aber die richtige Strukturformel. Klickt auf "Anzeigen", schaut euch das Molekül an und erklärt, warum diese Variante nach eurem bisherigen Wissenstand falsch sein sollte:
Dem Schwefel-Atom werden in dieser Anordnung zehn Valenzelektronen zugeordnet. Das ist kein Edelgaszustand.
Dennoch ist dieser Zustand stabiler als die Dreiecksverbindung. Man darf allerdings nicht jedem Atom in Molekülen mehr als acht Valenzelektronen zuordnen! Das ist nur möglich, wenn es sich um Elemente der 3. Periode oder noch höher handelt. Für Elemente der 2. Periode gilt die Oktettregel streng (ohne Ausnahme):
Atome besitzen in Verbindungen oft eine Elektronenkonfiguration, bei der auf der äußersten Schale acht Elektronen sitzen.
Nachdem Schwefel ein Element der 3. Periode ist, kann im SO2 das Oktett (also 8 VE) überschritten werden.
- Wendet dieses neue Wissen jetzt an und stellt die Valenzstrichformeln für Schwefeltrioxid SO3 (leicht) und Schwefelsäure H2SO4 (schwer) auf!
Ihr könnt euch nun die Hefteinträge für die letzten beiden Einheiten herunterladen:
Hier findet ihr noch ein Übungsblatt mit vielen Molekülen, zu denen ihr die Valenzstrichformeln aufstellen könnt. Meine Empfehlung: Macht ab heute jeden Tag als Hausaufgabe drei von der linken und zwei von der rechten Seite. Übung macht den Meister!
