Das Mineralwasser-Etikett
AFB I–IIAuf dem Etikett einer Mineralwasserflasche stehen die gelösten Mineralstoffe. Chemisch gesehen sind das Ionen. Sulfat und Hydrogencarbonat sind Ionen, die aus mehreren Atomen bestehen.
| Bestandteil | Formel | mg/L |
|---|---|---|
| Natrium | \(\mathrm{Na^+}\) | 12 |
| Kalium | \(\mathrm{K^+}\) | 3 |
| Calcium | \(\mathrm{Ca^{2+}}\) | 98 |
| Chlorid | \(\mathrm{Cl^-}\) | 21 |
| Sulfat | \(\mathrm{SO_4^{2-}}\) | 45 |
| Hydrogencarbonat | \(\mathrm{HCO_3^-}\) | 312 |
- Nenne alle Kationen und alle Anionen, die auf dem Etikett stehen.
- Bestimme die Protonen- und die Elektronenzahl des Calcium-Ions und des Chlorid-Ions.
- Erkläre, warum die Angabe „Natrium“ nicht bedeutet, dass im Wasser metallisches Natrium enthalten ist.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Kationen: \(\mathrm{Na^+}\), \(\mathrm{K^+}\), \(\mathrm{Ca^{2+}}\). Anionen: \(\mathrm{Cl^-}\), \(\mathrm{SO_4^{2-}}\), \(\mathrm{HCO_3^-}\).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Calcium: Ordnungszahl 20 → 20 Protonen; Ladung 2+ → 2 Elektronen weniger: 18 Elektronen. Chlor: 17 Protonen; Ladung 1− → ein Elektron mehr: 18 Elektronen. Beide haben die Elektronenhülle des Argons.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Gemeint sind Natrium-Ionen \(\mathrm{Na^+}\). Metallisches Natrium besteht aus neutralen Atomen und würde mit Wasser sofort heftig reagieren. Das Natrium-Ion hat sein Außenelektron abgegeben, besitzt Edelgaskonfiguration und ist deshalb reaktionsträge — es hat ganz andere Eigenschaften als das Metall.
Iodsalz in der Küche
AFB II–IIIViele Haushalte verwenden Iodsalz. Es ist Speisesalz, dem eine kleine Menge Kaliumiodid zugesetzt ist. Kaliumiodid besteht aus Kalium-Ionen und Iodid-Ionen; es entsteht aus Kalium-Atomen (19 Protonen) und Iod-Atomen (53 Protonen, 7 Außenelektronen).
- Stelle die Bildung des Kalium-Ions und des Iodid-Ions aus den Atomen jeweils mit einer Gleichung dar und gib an, welchem Edelgas die Elektronenhülle der Ionen entspricht.
- Vergleiche mithilfe der Abbildung die Radien von Atom und Ion bei Kalium und bei Iod und erkläre die Unterschiede mit dem Schalenmodell.
- Beurteile die Aussage eines Mitschülers: „Iodsalz ist gefährlich, denn Iod ist giftig und Kalium reagiert heftig mit Wasser.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
\(\mathrm{K \rightarrow K^+ + e^-}\): Das Kalium-Ion hat 18 Elektronen, also die Hülle von Argon.
\(\mathrm{I + e^- \rightarrow I^-}\): Das Iodid-Ion hat 54 Elektronen, also die Hülle von Xenon.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Kalium: Das Ion ist deutlich kleiner als das Atom (138 pm statt 227 pm). Mit dem Außenelektron fällt die ganze vierte Schale weg; außerdem ziehen 19 Protonen nur noch 18 Elektronen an. Iod: Das Ion ist deutlich größer als das Atom (220 pm statt 133 pm). Ein zusätzliches Elektron auf der Außenschale, aber gleiche Kernladung — die Elektronen stoßen sich stärker ab, die Hülle dehnt sich aus. Allgemein: Kationen sind kleiner, Anionen größer als ihre Atome.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist falsch. Sie verwechselt die Elemente mit den Ionen. Im Iodsalz liegen weder metallisches Kalium noch elementares Iod (\(\mathrm{I_2}\)) vor, sondern \(\mathrm{K^+}\)- und \(\mathrm{I^-}\)-Ionen mit Edelgaskonfiguration. Diese reagieren nicht mit Wasser und sind in der geringen Menge im Speisesalz unbedenklich; Iodid ist sogar ein notwendiger Nährstoff für die Schilddrüse. Ionen haben andere Eigenschaften als die Atome, aus denen sie entstehen.