Aufgaben: Metallgitter, Elektronengasmodell und Ladungstransport

Kupfer ist ein typisches Metall.

1. a) Beschreiben Sie das Elektronengasmodell der metallischen Bindung.
2. b) Erklären Sie mit dem Modell die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer.

Metalle sind verformbar, Salzkristalle dagegen spröde.

1. a) Erklären Sie die Verformbarkeit von Metallen mit dem Elektronengasmodell.
2. b) Erklären Sie, warum ein Ionenkristall bei Verschiebung der Gitterebenen zerbricht.

Eine Natriumchlorid-Lösung leitet den Strom, fester Natriumchlorid nicht.

1. a) Nennen Sie die Ladungsträger in der Lösung.
2. b) Begründen Sie, warum festes NaCl nicht leitet.

Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen nimmt mit steigender Temperatur ab, die einer Salzlösung nimmt zu.

1. a) Erklären Sie beide Trends auf Teilchenebene.
2. b) Vergleichen Sie Art der Ladungsträger und Mechanismus der Leitung.

Ein galvanisches Element aus Zink- und Kupferhalbzelle wird mit einer Salzbrücke aus Kaliumnitrat-Lösung verbunden.

1. a) Beschreiben Sie, welche Teilchen im Außenkreis und welche in der Salzbrücke den Strom transportieren.
2. b) Erklären Sie, was passiert, wenn man die Salzbrücke entfernt.
3. c) Begründen Sie die Wahl von $\mathrm{KNO_3}$ statt $\mathrm{AgNO_3}$.

Natrium schmilzt bei $98\,^{\circ}\text{C}$, Eisen bei $1.538\,^{\circ}\text{C}$. Beim Übergangsmetall Eisen sind neben den beiden 4s-Elektronen auch 3d-Elektronen am Elektronengas beteiligt.

1. a) Erklären Sie den Unterschied mit der Anzahl der Valenzelektronen und der Stärke der metallischen Bindung.
2. b) Ordnen Sie Magnesium (2 Valenzelektronen, Schmelzpunkt $650\,^{\circ}\text{C}$) begründet ein.

Ein Schüler baut ein Daniell-Element. Nach kurzer Zeit sinkt die Spannung stark, nachdem er die Salzbrücke durch einen Kupferdraht ersetzt hat.

1. a) Erklären Sie, warum ein Draht die Salzbrücke nicht ersetzen kann.
2. b) Beschreiben Sie die Ladungsverteilung in den Halbzellen ohne Ionenwanderung.
3. c) Die elektrische Leitfähigkeit des Kupferdrahts beruht auf der Metallbindung. Bewerten Sie das Elektronengasmodell: Nennen Sie zwei Eigenschaften, die es gut erklärt, und eine Grenze.

Vergleichen Sie Kupfer, festes Natriumchlorid, Natriumchlorid-Schmelze und Graphit (Reinstoff) hinsichtlich Leitfähigkeit, Verformbarkeit und Schmelztemperatur.

1. a) Stellen Sie die Eigenschaften in einer Tabelle zusammen.
2. b) Begründen Sie jede Zeile mit dem jeweiligen Bindungsmodell.
3. c) Begründen Sie, warum die Leitfähigkeit von Salzschmelzen und Salzlösungen bei Ionen verschiedener Ladung und Größe unterschiedlich ist.

Die Leitfähigkeit verdünnter Lösungen von $\mathrm{HCl}$ ist bei gleicher Konzentration deutlich höher als die von $\mathrm{NaCl}$.

1. a) Erklären Sie dies mit der Beweglichkeit hydratisierter Ionen (Grotthuß-Mechanismus).
2. b) Vergleichen Sie die Hydrathüllen von $\mathrm{Li^+}$ und $\mathrm{Cs^+}$ und leiten Sie ab, welches Ion in Lösung beweglicher ist.
3. c) Beurteilen Sie die Eignung von $\mathrm{KCl}$ gegenüber $\mathrm{LiCl}$ als Elektrolyt der Salzbrücke.