Sylvin aus dem Kalibergwerk
AFB I–IIIn Niedersachsen wurde lange Kalisalz abgebaut. Ein wichtiges Mineral darin ist Sylvin, Kaliumchlorid (KCl). Es bildet würfelförmige, farblose Kristalle. Abb. 1 zeigt einen kleinen Ausschnitt aus seinem Gitter.
- Nenne die beiden Ionensorten im Sylvin mit ihren Ladungen.
- Beschreibe den Aufbau des Ionengitters von Sylvin.
- Bestimme mithilfe von Abb. 1 die Koordinationszahl des Kalium-Ions.
- Erkläre, warum ein Sylvin-Kristall nach außen elektrisch neutral ist.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Kalium-Ionen K⁺ (einfach positiv) und Chlorid-Ionen Cl⁻ (einfach negativ).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
K⁺ und Cl⁻ sind regelmäßig in alle drei Raumrichtungen abwechselnd angeordnet. Jedes Ion wird von allen umgebenden Gegenionen elektrostatisch angezogen (ungerichtete Ionenbindung); gleich geladene Ionen sind nie direkte Nachbarn.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Das K⁺ hat 6 direkte Chlorid-Nachbarn (links, rechts, oben, unten, vorn, hinten): KZ = 6.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Im Gitter kommen auf jedes K⁺ genau ein Cl⁻ (Verhältnis 1 : 1). Beide tragen eine Ladung vom Betrag 1, deshalb heben sich alle Plus- und Minusladungen auf.
Ein Gitter mit acht Nachbarn
AFB II–IIINicht jedes Salz hat das Kochsalz-Gitter. In Caesiumchlorid (CsCl) sitzt jedes Caesium-Ion in der Mitte eines Würfels aus acht Chlorid-Ionen. Die Tabelle nennt die Ionenradien (1 pm = 10−12 m).
| Salz | Radius Kation | Radius Anion | Koordinationszahl |
|---|---|---|---|
| Natriumchlorid | 102 pm | 181 pm | 6 |
| Caesiumchlorid | 174 pm | 181 pm | 8 |
- Vergleiche die beiden Gitter anhand der Tabelle.
- Deute den Unterschied der Koordinationszahlen mithilfe der Ionenradien.
- Beurteile die Aussage: „Weil jedes Cs⁺ acht Chlorid-Nachbarn hat, muss die Formel CsCl8 lauten.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Gemeinsam: gleiche Ladungen (1+ und 1−), gleiches Anion, Verhältnis 1 : 1. Unterschiede: Das Cs⁺ ist mit 174 pm viel größer als Na⁺ (102 pm) und fast so groß wie Cl⁻; die KZ beträgt bei CsCl 8 statt 6.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Um ein kleines Na⁺ passen nur 6 große Cl⁻, ohne dass sich die Anionen gegenseitig im Weg sind. Das große Cs⁺ bietet mehr Platz, deshalb können 8 Cl⁻ es berühren. Je ähnlicher die Ionen groß sind, desto höher die KZ.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist falsch. Auch jedes Cl⁻ ist von 8 Cs⁺ umgeben; beide Ionen haben KZ 8, also gibt es gleich viele Kationen wie Anionen. Die Verhältnisformel gibt das Anzahlverhältnis 1 : 1 an: CsCl. Außerdem wäre CsCl8 nicht elektrisch neutral (1+ gegen 8−).