Aufgaben: IUPAC-Nomenklatur: Elementarstoffe, einatomige Ionen und binäre Verbindungen

Das Eisen einer Brücke ($\text{Fe}$) und das Kohlenstoffdioxid, das wir beim Atmen ausstoßen ($\text{CO}_2$): Einer der beiden Stoffe ist ein Elementarstoff und der andere eine Verbindung. Die Abbildung zeigt ihre Teilchenmodelle.

Welcher ist welcher? Erkläre den Unterschied zwischen beiden.

Viele Feuerlöscher sind mit dem Gas $\text{CO}_2$ gefüllt. Wie heißt dieses Gas, wenn man es mit den griechischen Zahlenpräfixen (Mono-, Di-, Tri-) nach der Anzahl der Sauerstoffatome benennt?

Schreibe mit den Präfixen Mono-, Di- und Tri- die Formel dieser beiden Stoffe auf: Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid. Welchen Unterschied gibt es zwischen den beiden Molekülen?

Wenn sich ein Metall mit einem Nichtmetall verbindet, wird die Verbindung benannt, indem man zuerst das Metall nennt und dann das Nichtmetall mit der Endung -id. Wende die Regel an und benenne das Kochsalz, $\text{NaCl}$, und auch die Verbindung $\text{CaS}$.

Wenn ein Natriumatom ein Elektron abgibt, wird es zu $\text{Na}^+$. Die Abbildung zeigt den Vorgang.

1. a) Erkläre, was ein Ion ist.
2. b) Ist $\text{Na}^+$ positiv oder negativ geladen?
3. c) Wie heißt dieses Ion?

Benenne diese drei einatomigen Ionen: $\text{Cl}^-$, $\text{Ca}^{2+}$ und $\text{O}^{2-}$. Tipp: Positive Ionen behalten den Namen des Atoms (zum Beispiel heißt das Ion $\text{Na}^+$ Natrium-Ion) und negative enden auf -id (zum Beispiel heißt das Ion $\text{S}^{2-}$ Sulfid-Ion).

Sauerstoff ($\text{O}_2$), Stickstoff ($\text{N}_2$), Eisen ($\text{Fe}$) und Helium ($\text{He}$) sind Elementarstoffe. Betrachte ihre Formeln und gib an, welche davon Moleküle bilden, welche aus einzelnen Atomen bestehen und ob eine in keinen der beiden Fälle passt.

Verbindungen von Sauerstoff mit einem anderen Element heißen Oxide und werden „… oxid“ mit dem Namen des anderen Elements benannt. Magnesiamilch aus der Apotheke enthält $\text{MgO}$: Benenne es. Benenne auch die Verbindung $\text{Na}_2\text{O}$.

Der rötliche Rost an einem alten Fahrrad ist $\text{Fe}_2\text{O}_3$, und darin hat das Eisen die Wertigkeit $3$. Benenne ihn auf beide Arten: mit den Präfixen Mono-, Di-, Tri- und mit der Wertigkeit des Eisens in römischen Zahlen in Klammern.

Fluorit, ein Mineral mit auffälligen Farben, ist $\text{CaF}_2$.

1. a) Benenne diese Verbindung (denke an die Endung -id).
2. b) Nun umgekehrt: Schreibe die Formel von Natriumsulfid, das zwei Natriumatome auf ein Schwefelatom enthält.

In deinen Knochen liegt Calcium als $\text{Ca}^{2+}$ vor.

1. a) Was bedeutet dieses $2+$?
2. b) Wie viele Elektronen hat das Calciumatom abgegeben?
3. c) Wie heißt dieses Ion?

Troilit, ein Mineral, das in vielen Meteoriten vorkommt, hat die Formel $\text{FeS}$, und darin hat das Eisen die Wertigkeit $2$.

1. a) Benenne es mit der Stock-Nomenklatur (die Wertigkeit in Klammern und in römischen Zahlen).
2. b) Benenne es auch mit Präfixen.

Wenn sich Wasserstoff mit einem Metall verbindet, heißt die Verbindung Hydrid. Benenne diese beiden Verbindungen: $\text{NaH}$ und $\text{CaH}_2$.

Ordne jeder Formel ihren richtigen Namen zu:

1. a) $\text{Na}_2\text{O}$
2. b) $\text{CO}_2$
3. c) $\text{FeS}$
4. d) $\text{CaF}_2$

1) Eisen(II)-sulfid

2) Kohlenstoffdioxid

3) Calciumfluorid

4) Natriumoxid

Kochsalz besteht aus $\text{Na}^+$-Ionen und $\text{Cl}^-$-Ionen, die in einem Gitter angeordnet sind. Die Abbildung zeigt einen Ausschnitt dieses Gitters.

1. a) Erkläre, warum von jeder Ionensorte gleich viele Ionen nötig sind, damit das Salz neutral ist.
2. b) Schreibe die Formel des Salzes auf und begründe, warum sie nicht $\text{Na}_2\text{Cl}$ sein kann.

Aluminium bildet immer das Ion $\text{Al}^{3+}$ und Sauerstoff bildet das Ion $\text{O}^{2-}$.

1. a) Finde heraus, wie viele Ionen jeder Sorte nötig sind, damit die Gesamtladung von Aluminiumoxid null ist.
2. b) Schreibe die Formel von Aluminiumoxid auf.

Calcium bildet das Ion $\text{Ca}^{2+}$ und Fluor bildet das Ion $\text{F}^-$.

1. a) Begründe, wie viele Fluorid-Ionen pro Calcium-Ion nötig sind, damit die Gesamtladung null ist.
2. b) Schreibe die Formel von Calciumfluorid auf.
3. c) Benenne es auch mit Präfixen.

Eisen kann zwei verschiedene Ionen bilden: $\text{Fe}^{2+}$ und $\text{Fe}^{3+}$.

1. a) Schreibe die Formel von Eisen(II)-oxid auf, das aus $\text{Fe}^{2+}$ und $\text{O}^{2-}$ besteht.
2. b) Schreibe die Formel von Eisen(III)-oxid auf.
3. c) Benenne beide Oxide mit Präfixen.

In der Natur gibt es die Salze $\text{NaCl}$ und $\text{CaCl}_2$, aber ein Salz $\text{NaCl}_2$ wurde nie gefunden. Begründe mithilfe der Ladungen der Ionen $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ und $\text{Cl}^-$, warum die Formel $\text{NaCl}_2$ unmöglich ist und die anderen beiden existieren können.

Ordne jeden Stoff als Elementarstoff, Oxid, Hydrid oder binäres Salz ein und schreibe seinen Namen auf:

1. a) $\text{O}_2$
2. b) $\text{Na}_2\text{O}$
3. c) $\text{CaH}_2$
4. d) $\text{FeS}$
5. e) $\text{N}_2$
6. f) $\text{MgO}$

Magnesium steht im Periodensystem in der Gruppe $2$, genau wie Calcium, und Chlor steht in der Gruppe $17$, genau wie Fluor.

1. a) Sage voraus, welches Ion Magnesium und welches Chlor bilden wird.
2. b) Schreibe die Formel von Magnesiumchlorid auf.
3. c) Erkläre, woher du die verwendeten Ladungen hast.

In ihrer Klassenarbeit hat Amina diese Namen aufgeschrieben. Korrigiere jeden und erkläre den Fehler, den sie gemacht hat:

1. a) $\text{NaCl}$: „Chlornatrium“
2. b) $\text{Fe}_2\text{O}_3$: „Eisen(II)-oxid“
3. c) $\text{CO}_2$: „Kohlenstoffmonoxid“

Die Präfixe Mono-, Di-, Tri- geben an, wie viele Atome jedes Elements in der Formel vorkommen.

1. a) Schreibe die Formel von Dialuminiumtrioxid auf.
2. b) Schreibe die Formel von Kohlenstoffmonoxid auf.
3. c) Dialuminiumtrioxid heißt auch einfach Aluminiumoxid. Da Aluminium nur das Ion $\text{Al}^{3+}$ bildet, begründe, warum man in diesem Fall die Präfixe weglassen kann, ohne dass es zu Verwechslungen kommt.

Im Lager einer Fabrik für Reinigungsmittel stehen drei Flaschen mit den Etiketten $\text{NaF}$, $\text{CaCl}_2$ und „Zinkoxid“.

1. a) Benenne die Verbindungen $\text{NaF}$ und $\text{CaCl}_2$.
2. b) Schreibe die Formel von Zinkoxid auf, wenn Zink das Ion $\text{Zn}^{2+}$ und Sauerstoff das Ion $\text{O}^{2-}$ bildet.
3. c) Begründe mit den Ladungen der Ionen, warum dieses Oxid nicht die Formel $\text{Zn}_2\text{O}$ haben kann.

Herausforderung zum Thema. Wie viel Chemie steckt in den Lebensmitteln deiner Küche? Werde zum chemischen Prüfer und verfasse einen wissenschaftlichen Bericht, in dem du die Stoffe in deinem Vorratsschrank untersuchst.

1. Chemische Erkundung: Finde auf Etiketten drei reale Stoffe: einen Elementarstoff (z. B. $O_2$ in Verpackungen), ein einatomiges Ion (z. B. $F^-$ oder $Na^+$ in Wasser oder Zahnpasta) und eine binäre Verbindung (z. B. $NaCl$). Schreibe ihre Formeln und ihre systematischen IUPAC-Namen auf und ordne ihre Elemente im Periodensystem ein (Gruppe und Periode).

2. Labor zu Hause: Miss mit einer Küchenwaage (Messunsicherheit $\pm 1\text{ g}$) die Masse von 1, 2, 3, 4 und 5 Teelöffeln Kochsalz ($NaCl$). Trage die Daten in eine Tabelle ein, die die Messunsicherheit berücksichtigt, und zeichne das Diagramm der Masse in Abhängigkeit von der Anzahl der Löffel.

3. Quantitative Auswertung: Berechne die Molekülmasse von $NaCl$ aus den Atommassen ($M_{\text{Na}} = 23,0\text{ u}$; $M_{\text{Cl}} = 35,5\text{ u}$). Berechne aus der Steigung deines Diagramms die mittlere Masse eines Teelöffels und schätze ab, wie viele Formeleinheiten Salz er enthält.

Bewertet wird:

• Richtigkeit der Formeln, der IUPAC-Nomenklatur und der Einordnung im Periodensystem.

• Sorgfalt bei den Messungen zu Hause, Angabe der Messunsicherheit und Zeichnen des Diagramms.

• Genauigkeit bei den Berechnungen von Atom- und Molekülmassen, angewendet auf die gewonnenen Daten.