Diese Seite dient der Selbstkontrolle für diejenigen, welche Aufgaben zum Lerntext: "Chemische Grundlagen für das Verständnis der Biologie" selbständig bearbeitet haben und nun ihre Antworten überprüfen wollen.
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Atome" | |
| a1 | Nenne die drei in Atomkernen und Atomhüllen zu findenden Teilchenarten und ihre elektrischen Ladungen! |
|---|---|
| In den Atomkernen gibt es positiv geladene Protonen und elektrisch neutrale Neutronen. In den Atomhüllen der Atome befinden sich negativ geladene Elektronen. | |
| a2 | Erkläre, warum kleine massereiche Teilchen meistens ungehindert durch Atome hindurch fliegen können! |
| Kleine massereiche Teilchen können meistens ungehindert durch Atome hindurch fliegen, weil die Teilchen nur durch die massereichen Atomkerne aufgehalten werden könnten, die aber nur winzig kleine Punkte in der Mitte vergleichsweise riesiger Atomhüllen sind. Der größte Teil eines Atoms ist leer. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Atome" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zu den Kapiteln: "Periodensystem der Elemente", Edelgase, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Halogene. | |
| b1 | Definiere die beiden Begriffe Valenzschale und Valenzelektron! |
|---|---|
| |
| b2 | Erkläre, warum die Valenzelektronen und die Valenzschale so wichtig sind! |
| Die Valenzelektronen sind von allen Elektronen eines Atoms am weitesten vom positiv geladenen Atomkern entfernt, werden daher von diesem am schwächsten angezogen und können diesem deshalb auch am leichtesten entrissen werden. Da sie den äußeren Rand jedes Atoms bilden, bestimmen die Valenzelektronen das chemische Verhalten eines Atoms. | |
| b3 | Erkläre, warum die Atomdurchmesser der Elemente im Periodensystem von links nach rechts abnehmen! |
| Im Periodensystem sind die chemischen Elemente von links nach rechts und von oben nach unten nach der Zahl ihrer Protonen sortiert. Dadurch hat das jeweils rechte Nachbar-Element in seinem Atomkern ein Proton mehr. Je mehr positiv geladene Protonen im Atomkern an den negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle ziehen, desto stärker werden alle Elektronen zum Atomkern gezogen. Deshalb ist der Durchmesser eines Atoms umso kleiner, je mehr Protonen im Atomkern sind. | |
| b4 | Erkläre, warum die im Periodensystem untereinander stehenden Elemente sehr ähnliche Eigenschaften haben! |
| Die im Periodensystem untereinander stehenden chemischen Elemente haben in ihren äußersten Elektronenschalen jeweils gleich viele Elektronen. Und weil alle Atome versuchen, eine volle äußerste Atomhülle zu haben, müssen alle Alkalimetalle in der ersten Spalte (Hauptgruppe) ein Elektron loswerden und alle Halogene in der siebten Hauptgruppe benötigen nur noch ein weiteres Elektron, um eine volle äußere Elektronenschale zu haben. | |
| b5 | Erkläre, warum die ganz rechts im Periodensystem stehenden Elemente Edelgase sind, die keine Art von Bindung mit anderen Atomen oder Ionen eingehen! |
| Die Atome der ganz rechts im Periodensystem stehenden Edelgase haben alle schon ein volle äußere Elektronenschale und haben deshalb keinen Grund Elektronen abzugeben, aufzunehmen oder zu teilen. | |
| zurück zu den Aufgaben in zu den Kapiteln: "Periodensystem der Elemente", Edelgase, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Halogene. | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Ionen". | |
| c1 | Erkläre, warum Atome links im Periodensystem stehender Elemente nur Valenzelektronen abgeben! |
|---|---|
| Die Elektronen in den inneren Elektronenschalen eines Atoms sind aufgrund ihrer größeren Nähe zum positiv geladenen Atomkern viel fester an diesen gebunden als die Valenzelektronen der äußersten Elektronenschale (Valenzschale). Deshalb lassen sich die darin befindlichen Valenzelektronen viel leichter dem Atom entreißen. Die Atome der Alkali- und Erdalkalimetalle werden durch die Abgabe von Valenzelektronen sogar stabilisiert, weil ihre dann komplett gefüllte nächsttiefere Elektronenschale zur Valenzschale wird und das Atom dadurch die stabile Edelgaskonfiguration erreicht. Allerdings spricht man dann nicht mehr von Atomen, sondern von Ionen, wenn zum Erreichen dieses stabilen Zustandes Elektronen aufgenommen oder abgegeben werden müssen. | |
| c2 | Erkläre, warum nur Atome links im Periodensystem stehender Elemente Valenzelektronen abgeben! |
| Atome streben immer eine volle äußerste Elektronenschale an. Die Atome links im Periodensystem stehender Elemente können das relativ leicht erreichen, indem sie ein oder zwei Valenzelektronen abgeben. Bei weiter rechts im Periodensystem stehenden chemischen Elementen müssten zuviele Valenzelektronen abgegeben werden. Die im Periodensystem rechts oben stehenden Nichtmetalle geben aufgrund ihrer großen Elektronegativität keine Elektronen ab. | |
| c3 | Beschreibe den Unterschied zwischen Atomen und Ionen! |
| Atome sind elektrisch neutral, weil sie gleich viele Protonen und Elektronen enthalten. Ionen sind elektrisch positiv oder negativ geladen, weil sie mehr oder weniger Elektronen als Protonen haben. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Ionen" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Ionenbindung". | |
| d1 | Erkläre Schritt für Schritt, warum und wie es zur Bildung von Salz-Kristallen kommt! |
|---|---|
| Treffen Metall- und Halogen-Atome aufeinander, dann erreichen beide die stabile Edelgaskonfiguration, indem die Metall-Atome ihre Valenzelektronen an die Halogen-Atome abgeben. Als Ergebnis entstehen sehr stabile Ionen. Weil diese Ionen teils positiv und teils negativ geladen sind, ziehen sie sich stark an. Dadurch entstehen sehr stabile chemische Bindungen, die man Ionenbindungen nennt. Typisch für Ionenbindungen ist, dass sich sehr viele Ionen zu großen Kristallen verbinden. | |
| d2 | Erkläre, was bei der Ionen-Bindung die Ionen zusammenhält! |
| Bei der Ionenbindung werden die Ionen aneinander gebunden, weil sich positiv geladene und negativ geladene Ionen gegenseitig anziehen. | |
| d3 | Erkläre, warum sich Nichtmetalle nicht durch Ionenbindungen miteinander verbinden! |
| Zwei Nichtmetall-Atome verbinden sich nicht durch eine Ionenbindung, weil sie keine positiv geladenen Ionen (Kationen) bilden. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Ionenbindung" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Metallbindung". | |
| e1 | Erkläre die metallische Bindung! |
|---|---|
| Bei der metallischen Bindung wirken die als Elektronengas frei zwischen den Ionen herumfliegenden Ionen wie ein Klebstoff, weil sie die positiv geladenen Metall-Ionen anziehen. | |
| e2 | Erkläre mit der metallischen Bindung die besonderen Eigenschaften der Metalle! |
| Die zwischen den Metall-Atome frei beweglichen Elektronen bilden eine Art Elektronengas. Diese Beweglichkeit ist der Grund dafür, dass in Metallen Strom fließen kann, nämlich ein Strom von negativ geladenen Elektronen. Das Elektronengas ist auch die Ursache für eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine relativ leichte Verformbarkeit sowie metallischen Glanz als weitere typisch metallische Material-Eigenschaften. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Metallbindung" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Atombindung und Moleküle". | |
| f1 | Beschreibe eine Atombindung! |
|---|---|
| Bei einer Atombindung oder Elektronenpaar-Bindung teilen sich zwei Atome ein Elektronenpaar. Das Elektronenpaar verbindet zwei Atome miteinander, weil es mit seiner negativen Ladung zwischen positiv geladenen Atomkernen liegt. So zieht es die beiden beteiligten Atomkerne an und bindet sie aneinander. | |
| f2 | Beschreibe ein Molekül! |
| Moleküle sind chemische Verbindungen aus mindestens zwei Atomen über wenigstens eine kovalente Elektronenpaarbindung. | |
| f3 | Erkläre den Unterschied zwischen Ionenbindungen und Atombindungen im Hinblick auf die Bildung von komplexen Biomolekülen! |
| Im Hinblick auf die Bildung von komplexen Biomolekülen sind Atombindungen viel besser geeignet als Ionenbindungen, weil Ionenbindungen nur zu einfach strukturierten Kristallen ohne klar definierte Grenzen führen. Atombindungen hingegen ermöglichen hochkomplexe und eindeutig strukturierte Moleküle mit genau festgelegten Formen. Das ist sehr wichtig, weil die Funktion eines Moleküls von seiner Struktur abhängt. | |
| f4 | Erkläre Schritt für Schritt, warum die Unterschiedlichkeit der Elektronegativitäten von Sauerstoff und Wasserstoff letztlich dazu führt, dass Wasser bei Raumtemperatur flüssig ist! |
| Die Unterschiedlichkeit der Elektronegativitäten von Sauerstoff und Wasserstoff führt letztlich dazu, dass Wasser bei Raumtemperatur flüssig ist, weil die wesentlich elektronegativeren Sauerstoff-Atome die Bindungselektronenpaare stärker auf ihre Seite ziehen. Dadurch werden die Sauerstoff-Atome negativer und die Wasserstoffatome elektrisch positiver geladen. Darum ziehen die relativ negativ geladenen Sauerstoff-Atome die positiv geladenen Wasserstoffatome an und zwischen ihnen entstehen Wasserstoffbrückenbindungen. Deshalb fliegen Wasser-Moleküle bei Raumtemperatur nicht einzeln als Gas herum, sondern bleiben als Flüssigkeit miteinander verbunden. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Atombindung und Moleküle" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Doppelbindungen". | |
| g1 | Sieh Dir das Schema des Ethen-Moleküls an und erkläre den Vorteil einer Umwandlung von jeweils einem s- und zwei p-Orbitalen in drei sp2-Hybridorbitale für die Festigkeit der Sigma-Bindung zwischen den C-Atomen! |
|---|---|
| Während bei den kugelförmigen s-Orbitalen und den hantelförmigen p-Orbitalen die negativen Ladungen der Elektronen gleichmäßig auf jeweils zwei Seiten ihrer Atomkerne verteilt sind, befinden sich sp2-Hybridorbitale fast vollständig nur auf einer Seite ihrer Atomkerne. Dadurch konzentriert sich die gesamte negative Ladung des Bindungselektronenpaares zwischen den C-Atomen, wenn zwei sp2-Hybridorbitale zu einem Bindungselektronenpaar verschmelzen. | |
| g2 | Sieh Dir das Schema des Ethen-Moleküls an und erkläre, warum die pi-Bindung schwächer ist als die Sigma-Bindung! |
| Die pi-Bindung ist schwächer als die Sigma-Bindung, weil die an der pi-Bindung beteiligten p-Orbitale nicht auf, sondern oberhalb und unterhalb der Verbindungslinie der beiden C-Atome liegen. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Doppelbindungen" | |
| Diese Tabelle zeigt meine Lösungsvorschläge zum Kapitel: "Chemie des Kohlenstoffs". | |
| h1 | Mit nur einem Elektron können Wasserstoffatome nur eine Atombindung aufbauen. Nenne die Zahl der Wasserstoffatome, die ein Kohlenstoff-Atom binden kann! |
|---|---|
| Ein Kohlenstoff-Atom kann 4 Wasserstoffatome binden. | |
| h2 | Erkläre die Bedeutung der verschiedenen Hybridisierungsmöglichkeiten des Kohlenstoff-Atoms für die Vielfältigkeit der Biomoleküle! |
| Die 4 Valenzelektronen ermöglichen jedem C-Atom 4 Atombindungen zu 1-4 Nachbar-Atomen und die verschiedenen Hybridisierungen (sp, sp2 oder sp3) ermöglichen unterschiedliche Molekül-Geometrien (räumliche Anordnungen). | |
| h3 | Nenne die Unterschiede zwischen Einfach- und Doppelbindungen! |
| Die beiden durch eine Einfachbindung verbundenen Molekülteile können relativ zueinander rotieren. Bei Doppelbindungen ist das nicht möglich und sie sind kürzer sowie fester. | |
| h4 | Stell Dir ein bereits über eine Doppelbindung mit einem anderen C-Atom verbundenes Kohlenstoff-Atom vor! (Vielleicht hilft Dir eine Skizze.) Beschreibe die Anordnung und nenne die Anzahl der Wasserstoffatome, die das erwähnte Kohlenstoff-Atom dann noch binden kann! |
|
Mit 120-Grad-Winkeln in einer Ebene kann das Kohlenstoff-Atom außer dem anderen C-Atom noch 2 Wasserstoffatome binden.
| |
| h5 | Skizziere ein Molekül, in dem zwei C-Atome über eine Dreifachbindung miteinander verbunden sind und das zusätzlich noch Wasserstoffatome enthält! |
|
Man muss und sollte in einer Skizze keine Orbitale zeichnen, aber die in der folgenden Zeichnung gezeigten Buchstaben und Striche wären angemessen.
| |
| h6 | Beschreibe das einfache Prinzip, nach welchem Methan (CH4) einen Tetraeder, Formaldehyd (CH2O) ein ebenes Dreieck und Kohlenstoffdioxid (CO2) eine gerade Linie bilden! |
| Kohlenstoff-Atome richten ihre Atombindungen möglichst so aus, dass ihre 2-4 Partner-Atome so weit wie möglich von einander entfernt sind. | |
| zurück zu den Aufgaben im Kapitel: "Chemie des Kohlenstoffs" | |
Kommentare und Kritik von Fachleuten, Lernenden und deren Eltern sind jederzeit willkommen.
Roland Heynkes, CC BY-NC-SA 4.0