Energiebeteiligung bei der Salzbildung, Chemieübungen

Die Energiebeteiligung bei der Bildung eines Salzes aus einem Metall und einem Nichtmetall wird schrittweise abgeleitet. - Lehrplan NTG

Diese Aufgabenstellung entspricht einer Schulaufgabenfrage.

  • Die Bildung von Calciumchlorid aus den Elementen wird mit dieser Reaktionsgleichung beschrieben:
    Ca
    (s)
    +
    Cl
    2 (g)
     
    →
     
    CaCl
    2 (s)
     
    ;
     
    ΔE
    R
     
    <
     
    0
    1. Zeichne ein vollständig beschriftetes Energieniveauschema dieser Reaktion, das den Eduktzustand, den Produktzustand und einen hypothetischen Übergangszustand enthält.
    2. Ordne diesen drei Zuständen die Begriffe stabil, metastabil und instabil zu und begründe deine Zuordnung.
    3. Begründe, ob der Übergangszustand mit folgender Formel beschrieben werden kann: 
      Ca
      2+
      (g)
      +
      2
       
      Cl
      −
      (g)

    Löse die Aufgabe zunächst komplett auf einem Blatt Papier und gib dann zur Kontrolle Schritt für Schritt deine Antworten am Computer ein.
    Wenn du Schwierigkeiten hast, kannst du dich natürlich auch sofort Schritt für Schritt durch die Aufgabe führen lassen.

    Elektronenaffinitäten in kJ/mol:
    O
    F
    S
    Cl
    Br
    I
    695
    −
    333
    332
    −
    348
    −
    324
    −
    295
    Schritt 1/3
    Zeichne ein vollständig beschriftetes Energieniveauschema dieser Reaktion, das den Eduktzustand, den Produktzustand und einen hypothetischen Übergangszustand enthält.
    Ordne die Textbausteine den Zahlen im Diagramm zu.
    graphik
    : Übergangszustand
    : 
    Ca
    (s)
    +
    Cl
    2 (g)
    : Energie
    : Reaktionskoordinate
    : 
    CaCl
    2 (s)
    : Aktivierungsenergie
    : Reaktionsenergie
    Notizfeld
    Notizfeld
keine Berechtigung
Schritte der Salzbildung
  1. Als Sublimation bezeichnet man den Übergang eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand.
    Hierbei werden die Anziehungskräfte zwischen den kleinsten Teilchen vollständig überwunden..
  2. Die Ionisierung eines Metallatoms erfolgt durch die Abgabe seiner Valenzelektronen.
    Es entsteht ein positiv geladenes Kation.
  3. Die Spaltung eines zweiatomigen Moleküls in die Atome wird als Dissoziation bezeichnet.
  4. Die Ionisierung eines Nichtmetall-Atoms erfolgt durch die Aufnahme von Elektronen.
    Es entsteht ein einfach negativ geladenes Anion.
    Das Atom muss so viele Elektronen aufnehmen, bis es die stabile Edelgaskonfiguration erreicht.
  5. Ein Salzgitter entsteht, wenn sich positiv geladene Kationen und negativ geladene Anionen zu einem stabilen Kristall zusammenschließen.
    Zwischen den Ionen herrschen starke Anziehungskräfte, die Ionenbindungen.
Energieformen bei der Salzbildung
  1. Als Sublimationsenergie bezeichnet man die Energie, die aufgenommen werden muss, damit ein Stoff vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.
    Dieser Prozess ist energieaufwändig, da die Anziehungskräfte zwischen den Teilchen vollständig überwunden werden müssen.
  2. Die Ionisierungsenergie bezeichnet die Energie, die einem Teilchen in der Gasphase zugeführt werden muss, um ein Elektron von ihm zu lösen.
    Dieser Prozess ist energieaufwändig, da die Anziehungskraft zwischen dem Elektron und dem Atomkern überwunden werden muss.
  3. Die Spaltung eines zweiatomigen Moleküls in die Atome wird als Dissoziation bezeichnet.
    Hierfür ist Energie nötig, da die Bindung zwischen den Atomen überwunden werden muss.
    Diese Energie wird als Dissoziationsenergie bezeichnet.
  4. Nimmt ein Atom ein Elektron auf, so wird in der Regel Energie frei, da das Elektron vom positiv geladenen Atomkern angezogen wird.
    Diese Energie bezeichnet man als Elektronenaffinität.
    Durch die Aufnahme eines Elektrons entsteht ein einfach negativ geladenes Anion.
    Nimmt dieses Anion ein weiteres Elektron auf, so wird hierfür in der Regel Energie benötigt, da das Anion das Elektron abstößt.
    Die Elektronenaffinität wird insgesamt positiv.
  5. Als Gitterenergie bezeichnet man die Energie, die bei der Bildung eines Salzgitters aus den Ionen frei wird.
Stabilität der Zustände einer exothermen Reaktion
  1. Ein System ist im stabilen Zustand, wenn es sich im absoluten Energieminimum befindet.
    Bei exothermen Reaktionen ist dies der Produktzustand.
  2. Ein System ist in einem metastabilen Zustand, wenn es sich in einer Energiesenke befindet, die nicht dem absoluten Energieminimum entspricht.
    Bei exothermen Reaktionen ist dies der Eduktzustand.
    Er ist so lange metastabil, so lange die nötige Aktivierungsenergie für die Reaktion nicht überwunden wird.
  3. Ein Übergangszustand ist immer instabil, da er einem Energiemaximum entspricht.
    Jede Änderung führt dazu, dass das System in einen stabileren Zustand reagiert.
    Übergangszustände können nicht isoliert werden. Sie sind reine Modellvorstellungen.
Die Einzelschritte zur Bildung von Calciumchlorid aus den Elementen
  1. Sublimation von Calcium: ΔEsub
  2. Ionisierung der Calcium-Atome: ΔEIon
  3. Dissoziation der Chlor-Moleküle: ΔEDiss
  4. Ionisierung der Chlor-Atome: ΔEEA
  5. Bildung des Salzgitters: ΔEGitter