Drei Steckbriefe
AFB I–IIBeim Tag der offenen Tür sollen Besucher drei Elemente auf dem großen PSE-Poster im Chemieraum finden. Auf den Steckbriefen stehen nur Ordnungszahl und Schalenbesetzung.
| Element | Ordnungszahl | Schalenbesetzung |
|---|---|---|
| A | 35 | 2 · 8 · 18 · 7 |
| B | 37 | 2 · 8 · 18 · 8 · 1 |
| C | 54 | 2 · 8 · 18 · 18 · 8 |
- Nenne für jedes Element die Periode und die Hauptgruppe.
- Ordne jedem Element mit Hilfe des PSE seinen Namen und seine Elementfamilie zu.
- Erläutere am Beispiel von Element A und Chlor, warum Elemente derselben Hauptgruppe ähnlich reagieren.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
A: 4 Schalen, 7 Valenzelektronen → 4. Periode, VII. Hauptgruppe. B: 5. Periode, I. Hauptgruppe. C: 5. Periode, VIII. Hauptgruppe (8 Valenzelektronen).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
A = Brom (Halogene), B = Rubidium (Alkalimetalle), C = Xenon (Edelgase).
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Chlor hat die Schalenbesetzung 2 · 8 · 7, Brom 2 · 8 · 18 · 7. Beide haben 7 Valenzelektronen. Bei Reaktionen sind vor allem die Außenelektronen beteiligt; gleiche Zahl an Valenzelektronen bedeutet daher ähnliches Reaktionsverhalten. Brom hat nur eine Schale mehr.
Döbereiners Dreiergruppen
AFB II–IIISchon 1829 fiel dem Chemiker Johann Wolfgang Döbereiner auf, dass sich manche Elemente zu „Triaden“ zusammenfassen lassen: drei Elemente mit ähnlichen Eigenschaften, bei denen die Atommasse des mittleren etwa der Mittelwert der beiden anderen ist.
| Triade | leichtestes | mittleres | schwerstes |
|---|---|---|---|
| Alkalimetalle | Li: 6,9 u | Na: 23,0 u | K: 39,1 u |
| Halogene | Cl: 35,5 u | Br: 79,9 u | I: 126,9 u |
| Erdalkalimetalle | Ca: 40,1 u | Sr: 87,6 u | Ba: 137,3 u |
- Berechne für die Triade Lithium – Natrium – Kalium den Mittelwert der Atommassen von Lithium und Kalium.
- Überprüfe Döbereiners Regel für die Triade Chlor – Brom – Iod.
- Begründe mit dem Schalenmodell, warum die Elemente einer Triade ähnliche Eigenschaften haben.
- Beurteile, ob sich die Atommasse als Ordnungsprinzip für das PSE eignet. Nutze die Angabe unter der Tabelle.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\((6{,}9\,\mathrm{u}+39{,}1\,\mathrm{u}):2=23{,}0\,\mathrm{u}\) — genau die Atommasse von Natrium.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\((35{,}5\,\mathrm{u}+126{,}9\,\mathrm{u}):2=81{,}2\,\mathrm{u}\). Brom hat 79,9 u; die Abweichung beträgt 1,3 u, also etwa 1,6 %. Die Regel stimmt nur ungefähr.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die drei Elemente einer Triade stehen in derselben Hauptgruppe untereinander. Sie haben gleich viele Valenzelektronen (Alkalimetalle 1, Halogene 7, Erdalkalimetalle 2) und reagieren deshalb ähnlich. Von oben nach unten kommt jeweils eine Schale hinzu — damit wächst auch die Atommasse.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Nur bedingt: Meist steigt die Atommasse mit der Ordnungszahl, aber nicht immer. Nach der Atommasse sortiert, käme Iod (126,9 u) vor Tellur (127,6 u) und landete bei den Chalkogenen statt bei den Halogenen — gegen seine Eigenschaften. Das richtige Ordnungsprinzip ist die Ordnungszahl (Protonenzahl), weil sie die Zahl der Elektronen und damit die Schalenbesetzung festlegt.