Chemie-Arbeitsblatt _ _ Klasse _ _ _ Name __________________________________________________________________Datum _ _ ._ _._ _

 

Ionenradien und Schmelzpunkte

 

Es sind folgende Ionenradien und Schmelzpunkte verschiedener Salzverbindungen gegeben:

  NaF NaCl NaBr NaI
Smp [°C] 993 801 747 660
Ionenradien 102 133 102 181 102 196 102 220
    KCl KBr KI
Smp [°C] 770 734 681
Ionenradien 138 181 138 196 133 220
  NaI KI RbI  
Smp [°C] 660 681 647
Ionenradien 102 220 138 220 148 220
  MgO CaO SrO BaO
Smp [°C] 2852 2927 2430 1918
Ionenradien 72 140 100 140 118 140 135 140

Arbeitsaufträge:

1. Bilde die Summe der Ionenradien für die beiden Reihen der Alkalihalogenide und der Erdalkalioxide und stelle den Zusammenhang zwischen der Summe der Ionenradien und den Schmelzpunkten für die beiden Verbindungsgruppen graphisch dar (x-Achse: Summe der Ionenradien [in pm], y-Achse: Schmelzpunkte [ °C]).

2. Vergleiche die beiden Gruppen: welcher Zusammenhang zwischen Schmelzpunkt und Summe der Ionenradien ist zu vermuten? Definiere dazu die zwei Gruppen: was sind die Gemeinsamkeiten, was sind die Unterschiede?

3. Wie lassen sich "Unregelmäßigkeiten" oder "Ausnahmen" erkennen?

4. Warum unterscheidet sich die Gruppe der Erdalkalioxide so deutlich von der Gruppe der Alkalihalogenide?

5. Vertiefter Arbeitsauftrag:
Erweitere die graphische Übung auf die Kaliumhalogenide und die Natriumhalogenide: welche Aussagen lassen sich aus dem Vergleich schlussfolgern?

 

Lösungen:

 
Arbeitsaufträge:
 

1. Bilde die Summe der Ionenradien für die beiden Reihen der Alkalihalogenide und der Erdalkalioxide und stelle den Zusammenhang zwischen der Summe der Ionenradien und den Schmelzpunkten für die beiden Verbindungsgruppen graphisch dar (x-Achse: Summe der Ionenradien [in pm], y-Achse: Schmelzpunkte [ °C]).

Alkalihalogenide NaF NaCl NaBr NaI
Smp [°C] 993 801 747 660
Ionenradien [pm] 102 133 102 181 102 196 102 220
Summe Ionenradien 235 283 298 322
Erdalkalioxide MgO CaO SrO BaO
Smp [°C] 2852 2927 2430 1918
Ionenradien [pm] 72 140 100 140 118 140 135 140
Summe Ionenradien 212 240 258 275

2. Vergleiche die beiden Gruppen: welcher Zusammenhang zwischen Schmelzpunkt und Summe der Ionenradien ist zu vermuten? Definiere dazu die zwei Gruppen: was sind die Gemeinsamkeiten, was sind die Unterschiede?
Bei beiden Gruppen wird deutlich, dass mit zunehmender Summe der Ionenradien der Schmelzpunkt sinkt. Es besteht also eine Proportionalität zwischen der Summe der Ionenradien und dem Schmelzpunkt: Je größer die Summe der Ionenradien, desto niedriger der Schmelzpunkt. Das ist nicht weiter verwunderlich, weil mit steigender Summe der Ionenradien auch die Coulomb´sche Anziehungskraft sinkt. Bei den Alkalihalogeniden ist der Zusammenhang eindeutig, bei den Erdalkalioxiden "stört" der Anstieg von MgO zu CaO.

3. Wie lassen sich "Unregelmäßigkeiten" oder "Ausnahmen" erkennen?
Eine "Unregelmäßigkeit" oder "Ausnahme" stellt der Anstieg von MgO zu CaO dar, der dann folgende Abfall gehorcht wieder dem oben beschriebenen Zusammenhang.

Die Ionen der Erdalkalimetalle sind kleiner als die der Alkalimetalle und haben ein erheblich größeres Verhältnis von Ionenladung zu Ionenradius. Eine der Konsequenzen dieser Erscheinung ist, dass die Verbindungen des Berylliums und des Magnesiums einen nennenswert kovalenten Anteil haben, also keinen reinen Ionenverbindungen sind, im Gegensatz zu den darauf folgenden Metallverbindungen. Die erste "reine" Ionenverbindung dieser Reihe ist also das Calciumoxid. Diese "Verschiebung" liegt letzten Endes darin begründet, dass Beryllium und Magnesium zu den ersten drei Perioden im PSE gehören und nach der 3. Periode die 4. mit den Nebengruppen beginnt (Elemente Scandium bis Zink, 10 Elemente in 8 Nebengruppen). Einen ähnlichen Verlauf der Eigenschaften kann man auch im Datenblatt der Erdalkalimetalle erkennen.

4. Warum unterscheidet sich die Gruppe der Erdalkalioxide so deutlich von der Gruppe der Alkalihalogenide?
Obwohl die Summe der Ionenradien der Erdalkalioxide vergleichbar der der Alkalihalogenide ist, liegen die Schmelzpunkt fast dreifach so hoch, auf jeden Fall wesentlich höher. Das kann nur darin begründet sein, dass die Alkalihalogenide die Ladungszahl +1 bzw. -1 besitzen, die Erdalkalioxide aber +2 bzw. -2 für Sauerstoff. Die Ionen ziehen sich also mit der doppelten Ladung an, was wesentlich höhere Coulomb´sche Anziehungskräfte zur Folge hat.

5. Erweitere die graphische Übung auf die Kaliumhalogenide und die Alkaliiodide: welche Aussagen lassen sich aus dem Vergleich schlussfolgern?

Kaliumhalogenide   KCl KBr KI
Smp [°C] 770 734 681
Ionenradien 138 181 138 196 133 220
Summe Ionenradien 318 334 358
Alkaliiodide NaI KI RbI  
Smp [°C] 660 681 647
Ionenradien 102 220 138 220 148 220
Summe Ionenradien 322 358 372

Kaliumhalogenide: Bei gleich bleibender Größe des Kations und zunehmender Größe des Anions steigt die Summe der Ionenradien und der Schmelzpunkt sinkt. Der Zusammenhang entspricht den oben angesprochenen Gesetzmäßigkeiten.

Alkaliiodide:
Trotz steigender Summe der Ionenradien nimmt der Schmelzpunkt zu und fällt erst ab KI wieder ab.

Der Grund dürfte in den "Verschiebungen" der Eigenschaften (siehe Dichte im Datenblatt Alkalimetalle) zu finden sein, die mit der Erweiterung von der 3. Periode (Na) zur 4. Periode (K) verbunden sind. Das "Ausnahmeelement" ist also Natrium. KI und RbI verhalten sich "regelgemäß".

 

 

update am: 13.02.17                                                                                                                                                                             zurück         zur Hauptseite