63Redoxreaktionen – Elektrochemie Energiebilanz bei Redoxreaktionen Ionisierungsenergien und Elektronenaffinitäten Um die Energiebilanz für die Natriumchlorid-Synthese aufstellen zu können, muss man die Ionisierungsenergie von Natrium und die Elektronenaffinität von Chlor kennen. Für die Energiebilanz anderer Redoxreaktionen benötigt man entsprechend die Ionisierungsenergien ,HI bzw. die Elektronenaffinitäten,HE anderer Atome (B3, B4). Ihre Definitionen sind analog zu der bei Natrium bzw. Chlor (vgl. S. 62). Aufgaben A1 Während bei allen Metall-Atomen Ionisierungsenergie zugeführt werden muss, um aus ihnen Elektronen zu entfernen, wird beim Einfang von Elektronen durch Halogen-Atome Energie frei. Geben Sie an und erläutern Sie, woran man das in B3 und B4 erkennt. A2 Wählen Sie aus B3 drei Metalle aus, die in der gleichen Periode des Periodensystems der Elemente stehen, und erklären Sie die der Ionisierungsenergien. Gitterenergie und Eigenschaften von Salzen Aus den Betrachtungen von S. 62 und der Berechnung in B2 wird deutlich, dass bei der Synthese von Natriumchlorid neben der Ionisierungsenergie ,HI und der Elektronenaffinität ,HE die Gitterenergie,HG maßgeblich für die stark exotherme Reaktion ist. Das gilt allgemein für die Synthese von Salzen aus Elementen. Auch wichtige Eigenschaften von Salzen werden entscheidend von der Gitterenergie bestimmt, denn je größer die Gitterenergie ist, desto mehr Energie muss aufgewendet werden, um die Ionen aus dem Kristallgitter herauszutrennen. So ist beispielsweise die Schmelztemperatur eines Salzes (B5) umso höher und seine Wasserlöslichkeit umso geringer, je größer die Gitterenergie ist. A3 Die Reaktion von Aluminium mit Brom verläuft extrem heftig. Geben Sie die Formel des Salzes an, das sich bei dieser Reaktion bildet, und erklären Sie die Heftigkeit der Reaktion unter Verwendung geeigneter Fachbegriffe und Zahlenwerte aus B1 bis B5. A4 Die Reaktionsenthalpie bei der Bildung von Calciumchlorid CaCl2 beträgt ,HR = – 780 kJ/mol. Stellen Sie nach dem Muster aus B2 den Born-Haber-Kreisprozess auf und be rechnen Sie die Gitterenergie von Calciumchlorid (Sublimationsenergie von Calcium: ,HS = 178 kJ/mol). ERW EITERUNG·VERTIEFUNG·ANW ENDUNG B5 Molare Gitterenergien und Schmelztemperaturen einiger Salze. A: Erklären Sie die Unterschiede bei Salzen von Elementen aus a) einer Gruppe und b) einer Periode des Periodensystems der Elemente. B3 Ionisierungsenergien einiger Metalle. A: Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen der Lage von Lithium, Natrium und Kalium im Periodensystem der Elemente und ihren Ionisierungsenergien her. Erklären Sie den Zusammenhang. B4 Elektronenaffinitäten einiger Nichtmetalle. A: Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen der Lage von Chlor, Brom und Iod im Periodensystem der Elemente und ihren Elektronenaffinitäten her. Erklären Sie den Zusammenhang. Ionisierung von MetallAtomen im gasförmigen Zustand Li(g) Li+(g) + e– Na(g) Na+(g) + e– K(g) K+(g) + e– Mg(g) Mg2+(g) + 2 e– Ca(g) Ca2+(g) + 2 e– Al(g) Al3+(g) + 3 e– Ionisierungsenergie ,HI in kJ/mol 526 502 425 2200 1748 5158 Salz NaCl NaBr Nal KCl MgO CaO Al2O3 ,HG in kJ/mol –780 –740 –692 –710 –3929 –3477 –15111 um in °C 800 747 662 770 2647 2570 3300 Ionisierung von NichtmetallAtomen im gasförmigen Zustand F(g) + e– F–(g) Cl(g) + e– Cl–(g) Br(g) + e– Br–(g) I(g) + e– I–(g) O(g) + 2 e– O2–(g) S(g) + 2 e– S2–(g) Elektronenaffinität ,HE in kJ/mol – 339 – 363 – 331 – 302 628 367 3377_01_01_2012_Kap2_058_123 23.09.14 06:26 Seite 63 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge nt u d es C .C . B uc h er V er la gs