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Übung AFB I

Zehn Grundaufgaben zu Atombau und PSE — wer sie sicher löst, hat die ersten Punkte der Arbeit schon.

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Aufgabenblock — AFB I

Zehn Standardaufgaben zum Reproduzieren: Atombausteine zählen, Elektronen verteilen, das PSE lesen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Arbeit — vom Atomkern bis zur Edelgasregel.

A1
Bausteine eines Phosphor-Atoms
AFB I

Gib an, wie viele Protonen, Neutronen und Elektronen ein Atom 3115P enthält.

Nuklidschreibweise: unten die Ordnungszahl Z (= Protonenzahl = Elektronenzahl im Atom), oben die Massenzahl A = Protonen + Neutronen.
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Z = 15 → 15 Protonen und im neutralen Atom 15 Elektronen. Neutronen: N = A − Z = 31 − 15 = 16
A2
Wie leer ist ein Atom?
AFB I

Ein Atom ist etwa 10 000-mal so groß wie sein Atomkern. Stell dir den Kern als Stecknadelkopf mit 1 mm Durchmesser vor.

Schätze ab, welchen Durchmesser das Atom in diesem Maßstab hätte.

m
Größenverhältnis: Durchmesser Atom ≈ 10 000 · Durchmesser Kern; 1000 mm = 1 m.
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1 mm · 10 000 = 10 000 mm = 10 m — so groß wie ein Klassenzimmer mit dem Stecknadelkopf in der Mitte. Dazwischen: fast nur leerer Raum, in dem sich die Elektronen bewegen.
A3
Massenzahl eines Atoms
AFB I

Ein Atom enthält 26 Protonen und 30 Neutronen. Berechne die Massenzahl und gib das Elementsymbol an.

Massenzahl: A = Z + N. Das Element erkennst du allein an der Protonenzahl (Ordnungszahl im PSE).
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A = 26 + 30 = 56. Ordnungszahl 26 ist Eisen: Fe (Atom ⁵⁶Fe).
A4
Die Isotope des Kohlenstoffs
AFB I

Kohlenstoff kommt als 126C, 136C und 146C vor. Bestimme jeweils die Anzahl der Neutronen.

Isotope: gleiche Protonenzahl (hier 6), verschiedene Neutronenzahl. N = A − Z.
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N = 12 − 6 = 6, N = 13 − 6 = 7, N = 14 − 6 = 8. Alle drei haben 6 Protonen — es bleibt Kohlenstoff.
A5
Elektronen auf Energiestufen
AFB I

Schwefel hat die Ordnungszahl 16. Stelle die Verteilung der Elektronen auf die Energiestufen dar.

e⁻
e⁻
e⁻
Besetzung: Die Stufen werden von innen (energiearm) nach außen gefüllt: höchstens 2, dann 8, dann 8 Elektronen (für die ersten 20 Elemente).
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16 = 2 + 8 + 6. Schwefel: 2 · 8 · 6 — also 6 Valenzelektronen.
A6
Valenzelektronen zählen
AFB I

Ordne jedem Element die Anzahl seiner Valenzelektronen zu: Stickstoff (Z = 7), Chlor (Z = 17), Calcium (Z = 20).

VE
VE
VE
Valenzelektronen sitzen auf der äußersten besetzten Schale. Verteile die Elektronen 2 · 8 · 8 · 2 und lies die letzte Zahl ab.
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N: 2 · 5 → 5 VE. Cl: 2 · 8 · 7 → 7 VE. Ca: 2 · 8 · 8 · 2 → 2 VE.
A7
Aluminium im Periodensystem
AFB I

Aluminium hat die Elektronenverteilung 2 · 8 · 3. Beschreibe seine Stellung im PSE, indem du Periode und Hauptgruppe angibst.

PSE-Regeln: Periodennummer = Anzahl besetzter Schalen, Hauptgruppennummer = Anzahl Valenzelektronen.
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Drei besetzte Schalen → 3. Periode; 3 Valenzelektronen → III. Hauptgruppe (Borgruppe).
A8
Ionisierungsenergien ablesen
AFB I

Das Diagramm zeigt die ersten vier Ionisierungsenergien eines Elements X.

Lies die dritte Ionisierungsenergie ab und gib an, wie viele Valenzelektronen X hat.

kJ/mol
Sprung: Ein großer Anstieg zeigt, dass das nächste Elektron aus einer kernnäheren Schale kommt. Die Elektronen vor dem Sprung sind die Valenzelektronen.
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Die dritte Säule reicht bis etwa 7700 kJ/mol (Messwert 7733 kJ/mol). Der Sprung liegt zwischen dem 2. und 3. Elektron → X hat 2 Valenzelektronen (es ist Magnesium).
Element X020004000600080001000012000kJ/mol1.2.3.4.Nr. des abgetrennten Elektrons
Gitterlinien im Abstand von 2000 kJ/mol.
A9
Kalium reagiert mit Wasser
AFB I

Kalium reagiert mit Wasser zu Kaliumhydroxid und Wasserstoff. Erstelle die ausgeglichene Reaktionsgleichung, indem du die fehlenden Koeffizienten einsetzt:

__ K + __ H2O → __ KOH + H2

Ausgleichen: Wasserstoff entsteht als Molekül H2. Zähle H-Atome links und rechts.
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2 K + 2 H2O → 2 KOH + H2. Links 4 H, rechts 2 + 2 = 4 H. Koeffizienten 2, 2, 2.
A10
Chlor und die Edelgasregel
AFB I

Chlor hat die Elektronenverteilung 2 · 8 · 7. Nenne das Edelgas, dessen Elektronenkonfiguration ein Chlor-Atom durch Aufnahme von Elektronen erreicht, und gib die Anzahl der aufgenommenen Elektronen an.

e⁻
Edelgasregel: Atome erreichen eine voll besetzte Außenschale (8 Elektronen) durch Abgeben oder Aufnehmen möglichst weniger Elektronen.
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2 · 8 · 7 + 1 Elektron → 2 · 8 · 8. Das ist die Verteilung von Argon; aufgenommen wird 1 Elektron.