Dünger mit P und K
AFB I–IIAuf einem Sack Gartendünger steht „NPK 12-8-16“. Die Buchstaben stehen für Stickstoff, Phosphor und Kalium — Elemente, die Pflanzen zum Wachsen brauchen. Wir betrachten die Atome von Phosphor (Z = 15) und Kalium (Z = 19).
- Nenne für Phosphor und Kalium jeweils die Zahl der Valenzelektronen.
- Zeichne die Lewis-Symbole des Phosphor- und des Kaliumatoms.
- Erkläre mit dem Schalenmodell, warum Kalium in der 4. Periode steht, obwohl auf seiner dritten Schale nur 8 Elektronen sitzen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Phosphor: 2 · 8 · 5 → 5 Valenzelektronen. Kalium: 2 · 8 · 8 · 1 → 1 Valenzelektron.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
P mit vier Punkten auf den vier Seiten, eine Seite davon als Paar (insgesamt 5 Punkte: 1 Paar, 3 einzelne). K mit einem einzelnen Punkt.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Bei den Elementen bis Calcium nimmt die dritte Schale 8 Elektronen auf. Das 19. Elektron des Kaliums besetzt deshalb schon die vierte Schale. Kalium hat damit 4 besetzte Schalen — und die Zahl der Schalen ist die Nummer der Periode.
Silicium in der Solarzelle
AFB II–IIISolarzellen bestehen aus sehr reinem Silicium. Im Siliciumkristall nutzt jedes Siliciumatom alle seine Valenzelektronen, um sich mit vier Nachbaratomen zu verbinden. Damit Strom fließen kann, baut man gezielt wenige Fremdatome ein, zum Beispiel Phosphor oder Bor („Dotieren“).
| III. Hauptgruppe | IV. Hauptgruppe | V. Hauptgruppe | |
|---|---|---|---|
| 2. Periode | Bor (B) | Kohlenstoff (C) | Stickstoff (N) |
| 3. Periode | Aluminium (Al) | Silicium (Si) | Phosphor (P) |
| 4. Periode | Gallium (Ga) | Germanium (Ge) | Arsen (As) |
- Vergleiche die Zahl der Valenzelektronen von Bor, Silicium und Phosphor.
- Begründe, warum ein Phosphoratom an der Stelle eines Siliciumatoms ein Elektron „übrig“ hat.
- Ein Hersteller sucht ein Element aus der 4. Periode, das im Silicium genauso wirkt wie Phosphor. Lege dich mithilfe der Tabelle begründet auf Gallium oder Arsen fest.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Bor (III. HG) hat 3, Silicium (IV. HG) 4 und Phosphor (V. HG) 5 Valenzelektronen. Bor hat eins weniger, Phosphor eins mehr als Silicium.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Im Kristall werden an jedem Platz vier Valenzelektronen für die Verbindungen zu den vier Nachbarn gebraucht. Phosphor bringt fünf mit — eins bleibt übrig und kann sich im Kristall bewegen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Arsen: Es steht wie Phosphor in der V. Hauptgruppe und hat ebenfalls 5 Valenzelektronen. Gallium steht in der III. Hauptgruppe (3 Valenzelektronen) und würde wie Bor wirken. Die Periode spielt dafür keine Rolle, entscheidend ist die Zahl der Valenzelektronen.