Physik und Chemie Klasse 8: Atome, Ionen und chemische Formeln
Physik und Chemie, Klasse 8 (Portugal): Woraus ein Atom besteht, was ein Element ausmacht, wie Moleküle und Ionen entstehen und wie man die Formel einer Ionenverbindung liest oder schreibt.
Das Atom und das Element
Ein Atom hat einen Kern mit Protonen (positive Ladung) und Neutronen (ohne Ladung) und darum herum Elektronen (negative Ladung). In einem Atom ist die Zahl der Protonen gleich der der Elektronen, deshalb ist das Atom neutral. Das chemische Element wird durch die Protonenzahl bestimmt: Jedes Atom mit 11 Protonen ist Natrium, jedes mit 17 ist Chlor. Jedes Element hat ein Symbol: Na, Cl, O, H, Ca.
Moleküle, Ionen und Formeln
Atome verbinden sich zu größeren Einheiten. Ein Molekül ist eine Gruppe verbundener Atome: Wasser, H₂O, hat 2 Wasserstoffatome und 1 Sauerstoffatom. Ein Ion ist ein Atom oder eine Atomgruppe, das bzw. die Elektronen abgegeben oder aufgenommen hat und deshalb eine Ladung trägt: Abgabe macht es positiv, Aufnahme negativ. Die chemische Formel sagt, welche Elemente ein Stoff enthält und wie viele Atome von jedem. Die Struktureinheit kann ein Atom (Fe), ein Molekül (CO₂) oder eine Gruppe von Ionen (NaCl) sein.
Vom Atom zur Verbindung: CaCl₂
Calcium hat 20 Protonen; gibt es 2 Elektronen ab, bleiben 18, die Ladung ist also 20 − 18 = +2: das Ion Ca²⁺. Chlor hat 17 Protonen; nimmt es 1 Elektron auf, sind es 18, Ladung 17 − 18 = −1: das Ion Cl⁻. Eine Verbindung muss neutral sein, die Ladungen ergeben also null: 1 × (+2) + 2 × (−1) = 0. Ein Ca²⁺ braucht zwei Cl⁻: CaCl₂, Calciumchlorid. Die 2 gibt das Ionenverhältnis an, nicht ein Molekül aus drei Atomen.
NaCl ist kein Molekül
Man hört oft „ein Molekül Salz“. Aber Kochsalz, NaCl, besteht nicht aus Molekülen: Es ist eine riesige, geordnete Gruppe aus Na⁺- und Cl⁻-Ionen im Verhältnis 1 zu 1, und die Formel gibt nur dieses Verhältnis an. Bei H₂O oder CO₂ beschreibt die Formel dagegen ein echtes Molekül. Und ändere nie einen Index, „damit es passt“: CO und CO₂ sind verschiedene Stoffe, ebenso H₂O (Wasser) und H₂O₂ (Wasserstoffperoxid).
Ionen auf Etiketten
Lies das Etikett eines Mineralwassers: Calcium, Magnesium, Natrium, Kalium, Chloride, Sulfate, Hydrogencarbonate. Das sind gelöste Ionen. Eine Zahnpasta kann Natriumfluorid enthalten, NaF, aus Na⁺ und F⁻. Mit einer Ionentabelle kannst du Formeln schreiben: Mg²⁺ und Cl⁻ ergeben MgCl₂, und Na⁺ mit SO₄²⁻ ergibt Na₂SO₄, denn 2 × (+1) + 1 × (−2) = 0. Prüfe, dass die Ladungen null ergeben, dann stimmt die Formel.
Teste, was du gelernt hast
Was entscheidet, zu welchem chemischen Element ein Atom gehört?
- a) Die Zahl der Elektronen, die es gerade hat
- b) Die Zahl der Protonen in seinem Kern
- c) Wie groß das Atom ist
- d) Seine elektrische Ladung
Richtige Antwort: b) Die Zahl der Protonen in seinem Kern — Richtig: 11 Protonen sind Natrium, 17 sind Chlor. Das Symbol (Na, Cl) benennt das Element.
Aluminium bildet das Ion Al³⁺ und Sulfat das Ion SO₄²⁻. Wie lautet die Formel von Aluminiumsulfat?
- a) AlSO₄
- b) Al₃(SO₄)₂
- c) Al₂(SO₄)₃
Richtige Antwort: c) Al₂(SO₄)₃ — Richtig: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. Die Klammern zeigen, dass die 3 für das ganze SO₄²⁻-Ion gilt.
Welche Aussage über Kochsalz, NaCl, ist richtig?
- a) Es ist eine große, geordnete Gruppe aus Na⁺- und Cl⁻-Ionen im Verhältnis 1 zu 1
- b) Es besteht aus Molekülen, jedes mit einem Natrium- und einem Chloratom
- c) Es besteht aus neutralen Natrium- und neutralen Chloratomen
Richtige Antwort: a) Es ist eine große, geordnete Gruppe aus Na⁺- und Cl⁻-Ionen im Verhältnis 1 zu 1 — Richtig: NaCl ist eine Gruppe von Ionen, und die Formel gibt nur das Verhältnis zwischen ihnen an.
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