Vier Stoffe aus dem Küchenschrank
AFB I–IILena untersucht vier weiße bzw. hellgelbe Stoffe aus der Küche. Ihre Ergebnisse und Literaturangaben hat sie in einer Tabelle gesammelt.
| Stoff | Schmelztemperatur | in Wasser | wässrige Lösung |
|---|---|---|---|
| Diätsalz (Kaliumchlorid, KCl) | 770 °C | gut löslich | leitet |
| Traubenzucker (Glucose) | 146 °C | gut löslich | leitet nicht |
| Kokosfett | etwa 24 °C | unlöslich, löst sich aber in Benzin | — |
| Kalk (Calciumcarbonat, CaCO₃) | zersetzt sich ab etwa 900 °C | praktisch unlöslich | — |
- Ordne Diätsalz, Traubenzucker und Kokosfett jeweils einer Stoffgruppe zu (Ionenverbindung, polare oder unpolare Molekülverbindung).
- Erkläre auf Teilchenebene, warum Kokosfett schon in der warmen Hand schmilzt, Diätsalz im Backofen bei 250 °C aber nicht.
- Interpretiere den Befund, dass sich Kalk nicht in Wasser löst, obwohl er aus Ionen aufgebaut ist.
- Gib ein Experiment an, mit dem man Diätsalz und Traubenzucker ohne Geschmacksprobe sicher unterscheiden kann.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Diätsalz: Ionenverbindung — hohe Schmelztemperatur, leitende Lösung, Metall + Nichtmetall.
Traubenzucker: polare Molekülverbindung — niedrige Schmelztemperatur, wasserlöslich, Lösung leitet nicht. Kokosfett: unpolare Molekülverbindung — sehr niedrige Schmelztemperatur, löslich in Benzin, nicht in Wasser.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Kokosfett besteht aus unpolaren Molekülen, zwischen denen nur schwache Van-der-Waals-Kräfte wirken. Schon die Körperwärme reicht, um sie zu überwinden; die Moleküle selbst bleiben erhalten.
In Kaliumchlorid wird jedes Ion allseitig von entgegengesetzt geladenen Nachbarn stark angezogen. Erst bei 770 °C bewegen sich die Ionen so heftig, dass das Gitter zusammenbricht — 250 °C reichen bei Weitem nicht.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Kalk besteht aus zweifach geladenen Ionen \(\mathrm{Ca^{2+}}\) und \(\mathrm{CO_3^{2-}}\). Ihre Anziehung im Gitter ist sehr groß, die Gitterenergie entsprechend hoch.
Die Hydratationsenergie reicht nicht aus, um diesen Aufwand auszugleichen; das Gitter bleibt bestehen. Der Befund zeigt: Gute Wasserlöslichkeit ist kein sicheres Merkmal von Salzen — es gibt schwerlösliche Salze. (Kalk zersetzt sich außerdem beim Erhitzen, bevor er schmilzt.)
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Beide Stoffe getrennt in destilliertem Wasser lösen und die Leitfähigkeit prüfen (zwei Elektroden, Spannungsquelle, Strommessgerät): Die Diätsalz-Lösung leitet, die Traubenzucker-Lösung nicht.
Alternativ: kleine Proben im Reagenzglas erhitzen — Traubenzucker schmilzt, Diätsalz nicht.
Chlorwasserstoff — Molekül oder Salz?
AFB II–IIIChlorwasserstoff \((\mathrm{HCl})\) ist bei Raumtemperatur ein stechend riechendes Gas (Schmelztemperatur −114 °C, Siedetemperatur −85 °C). Elektronegativitäten: H 2,2, Cl 3,2. In einem Versuch wird die Leitfähigkeit von drei Proben geprüft: verflüssigter Chlorwasserstoff (tiefgekühlt), eine Lösung von Chlorwasserstoff in Wasser und eine Lösung in Hexan.
- Ordne Chlorwasserstoff mithilfe der Stoffdaten und der Elektronegativitätsdifferenz in eine Stoffgruppe ein.
- Vergleiche die Ergebnisse der drei Leitfähigkeitsprüfungen.
- Vermute begründet, was mit den HCl-Molekülen beim Lösen in Wasser geschieht.
- Ein Mitschüler stellt die Regel auf: „Leitet die wässrige Lösung eines Stoffes, dann ist der Stoff eine Ionenverbindung.“ Diskutiere diese Regel.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\Delta\mathrm{EN}=1{,}0\): polare Elektronenpaarbindung, keine Ionenbindung (Grenze etwa 1,7). Das Molekül ist ein Dipol mit \(\delta^+\) am H- und \(\delta^-\) am Cl-Atom.
Die sehr niedrigen Schmelz- und Siedetemperaturen bestätigen: Zwischen den Teilchen wirken nur schwache zwischenmolekulare Kräfte. Chlorwasserstoff ist eine polare Molekülverbindung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Gemeinsamkeit: In allen drei Gefäßen ist derselbe Stoff HCl enthalten, gemessen unter gleichen Bedingungen.
Unterschied: Verflüssigter Chlorwasserstoff und die Lösung in Hexan leiten nicht — dort liegen ungeladene Moleküle vor. Nur die wässrige Lösung leitet gut; erst im Wasser müssen also bewegliche Ionen vorhanden sein.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Vermutung: HCl-Moleküle reagieren mit Wassermolekülen. Das positiv polarisierte H-Atom wird als \(\mathrm{H^+}\) an ein Wassermolekül abgegeben, es entstehen Ionen, z. B. \(\mathrm{HCl}+\mathrm{H_2O}\longrightarrow\mathrm{H_3O^+}+\mathrm{Cl^-}\).
Begründung: Nur so lässt sich erklären, dass allein die wässrige Lösung leitet; Hexan kann als unpolares Lösemittel weder reagieren noch Ionen hydratisieren. (Diese Reaktion wird im Kapitel „Säuren und Basen“ genauer untersucht.)
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Pro: Für lösliche Salze wie Kaliumchlorid stimmt die Regel; ihre Ionen werden beim Lösen hydratisiert und leiten.
Contra: Chlorwasserstoff ist eine Molekülverbindung, seine wässrige Lösung leitet trotzdem, weil die Ionen erst durch eine Reaktion mit Wasser entstehen. Umgekehrt gibt es Salze wie Kalk, die sich kaum lösen, sodass die Probe versagt. Ergebnis: Die Regel ist nicht zuverlässig. Sicherer ist es, zusätzlich den reinen Stoff zu prüfen — leitet die Schmelze, liegt eine Ionenverbindung vor; hohe Schmelztemperatur und Formel stützen das Urteil.