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Textaufgaben: Der Molekülbegriff

Zwei Aufgaben aus dem Labor — vom Etikett auf der Gasflasche bis zum Molekülbaukasten.

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Gasflaschen im Chemielabor

AFB I–II

Im Vorbereitungsraum stehen fünf Gasflaschen. Auf den Etiketten stehen Name und Formel des Gases.

FlascheGasFormelVerwendung
1HeliumHeBallongas
2ChlorCl2Desinfektion
3ChlorwasserstoffHClHerstellung von Salzsäure
4ArgonArSchutzgas beim Schweißen
5PropanC3H8Brenngas
  1. Nenne die Gase, deren Teilchen einzelne Atome sind.
  2. Ordne die übrigen drei Gase begründet den Element-Molekülen oder den Verbindungs-Molekülen zu.
  3. Erläutere den Unterschied zwischen den Angaben 2 C3H8 und C6H16.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Welche der Gase sind Edelgase?
Hinweis zu Aufgabe b)
Zähle in jeder Formel die verschiedenen Atomarten.
Hinweis zu Aufgabe c)
Eine Zahl vor der Formel zählt Moleküle, eine Zahl unten rechts zählt Atome in einem Molekül.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Helium (He) und Argon (Ar). Beide sind Edelgase und bestehen aus einzelnen Atomen, nicht aus Molekülen.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Chlor Cl2: Element-Molekül, denn es enthält nur Chlor-Atome. Chlorwasserstoff HCl und Propan C3H8: Verbindungs-Moleküle, denn sie enthalten zwei Atomarten (H und Cl bzw. C und H).

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

2 C3H8 bedeutet zwei einzelne Propan-Moleküle mit je 3 C- und 8 H-Atomen. C6H16 wäre ein einziges, anderes Molekül mit 6 C- und 16 H-Atomen — also ein anderer Stoff. Den Index darf man nicht verändern; mehrere Moleküle werden nur mit dem Koeffizienten angegeben.

2

Der Molekül-Baukasten

AFB II–III

Im Baukasten steckt jedes Stäbchen in zwei Löchern — so wie eine Bindung zwei Arme verbindet. Die Zahl der Löcher einer Kugel entspricht der Wertigkeit des Atoms: H 1, O 2, N 3, C 4.

Inhalt des Modellbaukastens
4 × C · je 4 Löcher 10 × H · je 1 Loch 2 × O · je 2 Löcher

Lena will damit Moleküle bauen, die in der Chemie eine Rolle spielen: Hydrazin N2H4 (Raketentreibstoff) und Blausäure HCN (giftig, riecht nach Bittermandel).

  1. Zeichne die Strukturformeln von N2H4 und HCN mit Bindungsstrichen.
  2. Überprüfe Tims Behauptung: „NH2 ist auch ein Molekül, denn N und H sind ja verbunden.“
  3. Entwickle ein Molekül, das alle Kugeln des Baukastens verwendet und bei dem kein Loch frei bleibt. Gib seine Molekülformel an.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Verbinde zuerst die beiden „großen“ Atome miteinander, dann verteile die H-Atome. Bei HCN reicht eine Einfachbindung nicht.
Hinweis zu Aufgabe b)
Zähle die Arme am N-Atom: Wie viele sind belegt, wie viele hat es?
Hinweis zu Aufgabe c)
Alle Löcher zusammen: 4 · 4 + 10 · 1 + 2 · 2. Ein Molekül aus 16 Kugeln ohne Ring braucht 15 Stäbchen. Die O-Atome können wie ein „Scharnier“ zwischen C und H sitzen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

N2H4: H2N–NH2, jedes N-Atom trägt zwei H-Atome und ist mit dem anderen N-Atom verbunden (je 3 Bindungen). HCN: H–C≡N — das C-Atom braucht vier Bindungen, das N-Atom drei, deshalb Dreifachbindung zwischen C und N.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Im NH2 sind nur zwei der drei Arme des N-Atoms verbunden, ein Arm bleibt frei. Das Teilchen ist also nicht vollständig abgesättigt — als beständiger Stoff kommt es nicht vor. Tims Behauptung stimmt nicht; vollständig wäre NH3 oder N2H4.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Löcher: 16 + 10 + 4 = 30, also 15 Stäbchen; 16 Kugeln in einer Kette ohne Ring brauchen genau 15 Stäbchen — es passt. Ein mögliches Molekül: HO–CH2–CH2–CH2–CH2–OH, Molekülformel C4H10O2 (Butandiol). Andere Anordnungen mit derselben Formel (z. B. mit O zwischen zwei C-Atomen) sind ebenfalls richtig, wenn jedes Atom alle Arme verbindet.