Repetitionen Chemie und Werkstoffkunde

(1)

Kapitel 2

Repetitionen Chemie und Werkstoffkunde

Thema 1

Einteilung der Stoffe

Verfasser:

Hans-Rudolf Niederberger Elektroingenieur FH/HTL Vordergut 1, 8772 Nidfurn

055 - 654 12 87

Ausgabe:

Juni 2010

Die vorliegenden Repetitionsfragen ist eine Sammlung aus jahrelangen Erfahrungen. Es kann gut sein, dass die Fragen nicht optimiert sind und Doppelspuigkeiten möglich sind. Die Kapitel wurden laufend den Bidungsplänen angepasst und der Inhalt ist relativ umfangreich. Wenn die Unterlagen seriös durchgearbeitet werden ist der Einblick in die Werkstoffkunde und damit verbundene berufrele- vante Chemie gewährleistet.

Ich bin auf Rückmeldungen anderer Lehrpersonen und der Lernenden angewiesen, damit ich das um- fangreiche Dokument laufend verbessern kann.

Die Unterlagen sind nicht geschützt und können verwendet werden. Für den Inhalt ist jeder Verwender

selber verantwortlich. Bei Fehlern im Inhalt und daraus resultierende Schäden wird jede Haftung abge-

(2)

BET

2.1 101

Frage

Welche Stoffarten kennen Sie?

Vorschrift

Literatur Antwort

Reine Stoffe Elemente Metalle

Natürliche Stoffe Verbindungen Gemische, Gemenge Nichtmetalle

Halbmetalle Kunststoffe Isolierstoffe Leiter

Magnetwerkstoffe

2.1

BET

102

Frage

Wieviele chemische Elemente kennt man bis heute?

Metalle Halbmetalle Nichtmetalle

Vorschrift

Metalle 88

Halbmetalle 7

Nichtmetalle 17

BET

2.1 103

Frage

Geben Sie vier wichtige Metalle an, welche für den Elektrobereich von Bedeutung sind!

Vorschrift

1 Eisen 2 Kupfer 3 Aluminium 4 Nickel 5 Blei 6 Chrom 7 Wolfram 8 Zink 9 Zinn

10 Uran 11 Magnesium 12 Silber 13 Gold 14 Mangan

BET

2.1 104

Frage

Geben Sie zwei wichtige Halbmetalle an, welche für den Elektromonteur von Bedeutung sind!

Vorschrift

Silizium Germanium

Weitere Halbmetalle:

Arsen

Bor

Tellur

Polonium

Astadium

(3)

BET

2.1 105

Frage

Geben Sie vier wichtige Nichtmetalle an, welche für den Elektromonteur von Bedeutung sind!

Vorschrift

1 Sauerstoff 2 Wasserstoff 3 Kohlenstoff 4 Phosphor 5 Helium 6 Brom 7 Fluor 8 Schwefel 9 Argon 10 Jod

2.1

BET

106

Frage

Aus welchen Elementarteilchen bauen sich die Atome auf?

Vorschrift

Proton Neutron Elektron

BET

2.1 107

Frage

Wie sind die Ladungen der drei Elementarteil- chen?

Vorschrift

Proton (+, positiv)

Neutron (neutral, keine Ladung) Elektron (-, negativ)

BET

2.1 108

Frage

Wie sind die Massen der drei Elementarteilchen?

Vorschrift

Proton (1,672x10

^-24

g)

Neutron (1,675x10

^-24

g)

Elektron (0,0009107x10

^-24

g)

(4)

BET

2.1 109

Frage

Was verstehen Sie unter dem Atomkern?

Vorschrift

Der Atomkern enthält neben den Protonen noch Neutronen (ausser Wasserstoff). Die Summe der Protonen und Neutronen nannt man Massezahl oder Nukleonenzahl (nukleus = Kern).

2.1

BET

110

Frage

Was verstehen Sie unter der Nukleonenzahl?

Vorschrift

Die Summe der Protonen und Neutronen nannt man Massezahl oder

Nukleonenzahl (nukleus = Kern).

BET

2.1 111

Frage

Was verstehen Sie unter dem Atomrumpf?

Vorschrift

Atomrümpf nennt man das Gesamtatom ohne Aussenelektronen.

BET

2.1 112

Frage

Was ist ein Valenzelektron?

Vorschrift

Elektronen der äussersten Schale des

Atomes nennt man Valenzelektronen.

(5)

BET

2.1 113

Frage

Was ist ein Atom?

Vorschrift

Kleinstes Teilchen eines Stoffes

2.1

BET

114

Frage

Welche Eigenschaften haben Atomteilchen?

Vorschrift

Sie sind nach aussen neutral.

BET

2.1 115

Frage

Zeichnen und beschriften Sie den Aufbau eines Atomes!

Vorschrift

BET

2.1 116

Frage

Weshalb fällt der Atomkern nicht auseinander bzw. weshalb sollte er zerfallen?

Vorschrift

Die Neutronen bilden den Kernkitt.

(6)

BET

2.1 117

Frage

Weshalb fallen die Elektronen nicht in den Atom- kern bzw. weshalb sollten sie auf den Kern fal- len?

Vorschrift

Sie bewegen sich mit grosser

Geschwindigkeit um den Atomkern dabei werden sie vom positiv geladenen Kern angezogen. Die Orbitale bzw. die festen Kreisbahnen verhindern den Absturtz in den Kern. Radialkraft (Fliehkräfte) der Elektronen verhindern einen Absturz in den Kern.

2.1

BET

118

Frage

Was versteht man unter Elementarladung und wie gross ist diese?

Vorschrift

1,6021x10

^-19

As

Negative Ladung = Elektron Positive Ladung = Proton

BET

2.1 119

Frage

Wie heissen die kleinsten Teilchen eines Stoffes, die chemisch nicht mehr weiter zerlegbar sind?

a) Grundstoffe b) Atome c) Moleküle d) Protonen e) Elektronen

Vorschrift

Atome

BET

2.1 120

Frage

Warum sind im Normalzustand die Atome nach aussen neutral?

Vorschrift

Weil sie gleich viel Elektronen wie

Protonen besitzen.

(7)

BET

2.1 121

Frage

Beschreiben Sie das Masseverhältnis des Atoms!

Vorschrift

Protonen und Neutronen stellen die Masse dar.

Das Elektron besitzt ca. eine 1800-mal kleinere Masse als die des Neutrons bzw des Protons.

2.1

BET

122

Frage

Was ist ein Atom nach aussen?

Vorschrift

Neutral

BET

2.1 123

Frage

Was bedeutet der Name „Atom“?

Vorschrift

Atom kommt vom griechischen atomos = unteilbar

BET

2.1 124

Frage

Wie ist ein Atom aufgebaut?

Beispiel:

Vorschrift

Im Atomkern sind Protonen (+) und

Neutronen

(8)

BET

2.1 125

Frage

Was bedeutet die Nukleonenzahl?

(Beispiel Si)

Vorschrift

Die Nukleonenzahl ist die Summe der Protonen + Neutronen und entspricht ca.

der Atommasse = 28

2.1

BET

126

Frage

Die Tafel der chemischen Elemente ist gegliedert in Spalten und Reihen. Welche Kriterien sind für die Plazierung der Elemente verantwortlich?

Vorschrift

Spalte: Anzahl Atome der äussersten Schale

Reihe: Anzahl Protonen im Kern

= Ordnungszahl

BET

2.1 127

Frage

Was bedeutet die Ordnungszahl bei den Atomen (Beispiel Si)?

Vorschrift

Die Anordnung der Atome in der Tafel der chemischen Elemente. Diese Ordnung ist abhängig von der Protonenzahl des Atomkerns = 14

BET

2.1 128

Frage

Durch welche Teile wird die Atommasse be- stimmt (Beispiel Si)?

Vorschrift

Protonenzahl =14 Neutronenzahl =14

≈ 28

Relative Atommasse 28,086

(9)

BET

2.1 129

Frage

Bestimmen Sie für das Kupfer-Atom:

a) Elektronenzahl b) Protonenzahl c) Neutronenzahl d) Nukleonenzahl e) Ordnungszahl f) Relative Atom-

masse

g) Anzahl Schalen

Vorschrift

a) 29 b) 29 c) 34 d) 63 e) 29 f) 63,546 g) 4 (K,L,M,N)

2.1

BET

130

Frage

Vorschrift

Literatur

Antwort

BET

2.1 131

Frage

In welcher Reihenfolge sind die Atome im PSE aufgeführt?

Vorschrift Literatur

Antwort

Nach steigender Ordnungszahl.

Diese Zahl wird vor das Element im PSE gesetzt und die chemisch ähnlichen Elemente untereinander.

BET

2.1 132

Frage

Was bedeutet die Ordnungszahl der PSE? Vorschrift Literatur

Antwort

Die Protonenzahl wird Ordnungszahl

(oder Kernladungszahl genannt).

(10)

BET

2.1 133

Frage

Was kann aus der Periodennummer im PSE abgeleitet werden?

Vorschrift Literatur

Antwort

Die Periodennummer gibt Auskunft über die Anzahl der Schalen der Atomhülle.

2.1

BET

134

Frage

Was beschreibt die Gruppennummer der Haupt- gruppen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Die Gruppennummer gibt Auskunft über die Anzahl Elektronen auf der äussersten Schale.

BET

2.1 135

Frage

Wie werden die Elektronen der äussersten Scha- le um ein Element symbolisch angeordnet?

Vorschrift Literatur

Antwort

Ein Elektron wird mit einem Punkt, zwei Elektronen mit einem Strich

gekennzeichnet.

Sind in der äussersten Schale mehr als vier Elektronen vorhanden, so paaren sich zwei Elektronen und besetzen eine eigene Elektronenwolke.

BET

2.1 136

Frage

Was bestimmt das chemische Verhalten der Atome?

Vorschrift Literatur

Antwort

Die Anzahl der äussersten Elektronen.

Chemische Vorgänge sind Vorgänge im Bereich der Aussenelektronen.

- Oxidation, Kation = E-Abgabe

- Reduktion, Anion = E-Aufnahme

E = Elektronen

(11)

BET

2.1 137

Frage

Was lässt sich gemeinsam über die Elemente einer Hauptgruppe im PSE sagen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Sie besitzen gleiche Anzahl Aussenelektronen.

2.1

BET

138

Frage

Welche Valenz-Elektronen haben folgende Ato- me?

a) C b) N c) O d) F e) Ne f) S

Vorschrift Literatur

Antwort

a) 4 b) 5 c) 6 d) 7 e) 8 f) 6

BET

2.1 139

Frage

Welche Valenz-Elektronen haben folgende Ato- me?

g) C h) Br i) H j) B k) Si l) P m) J

Antwort

g) 6 h) 7 i) 1 j) 3 k) 4 l) 5 m) 7

BET

2.1 140

Frage

Was ist zu sagen zu den Nebengruppen? Vorschrift Literatur

Antwort

Alle Nebengruppenelemente sind Metalle (Übergangsmetalle).

Es werden die zweitäusserste und bei

den Elementen 58-71 die drittäusserste

Schale mit Elektronen aufgefüllt.

(12)

BET

2.1 141

Frage

Welche Elemente stehen jeweils am Anfang des PSE und welche am Ende?

Vorschrift Literatur

Antwort

Am Anfang der Periode die Alkalimetalle, am Ende der Periode die Edelgase.

2.1

BET

142

Frage

Mit wieviel Elektronen werden die äussersten Schalen der Hauptgruppen des PSE besetzt?

Vorschrift Literatur

Antwort

Gruppe Elektronen

Alkalimetalle 1

Erdalkalimetalle 2

Erdmetalle 3

Kohlenstoffgruppe 4 Stickstoff/Phosphor-Gruppe 5 Sauerstoff/Schwefel-Gruppe 6

Halogene 7

Edelgase 8

BET

2.1 143

Frage

Die einzelnen Schalen der Elemente werden un- terschiedlich mit Elektronen aufgefüllt. Welche maximale Elektronenzahl sind auf den Schalen nach dem PSE vorhanden?

Vorschrift Literatur

Antwort

Anzahl

Elektronen Schale Name

2 1 K

8 2 L

18 3 M

32 4 N

50 5 O

72 6 P

98 7 Q

BET

2.1 144

Frage

Wo stehen im PSE die Metalle bzw. die Nichtme- talle?

Vorschrift Literatur

Antwort

Im PSE nimmt der Metallcharakter der Gruppe 1 mit zunehmender Periode zu.

Der Nichtmetallcharakter der hohen

Gruppen nimmt mit zunehmender

Periode zu.

(13)

BET

2.1 145

Frage

Nennen Sie die wichtigsten Elemente aus den Nebengruppen!

Vorschrift Literatur

Antwort

Eisen (Fe) Nickel (Ni) Kupfer (Cu) Zink (Zn) Silber (Ag) Wolfram (W) Platin (Pt) Gold (Au) Uran (U) Plutonium (Pu) Zinn(Sn) Alunminium (Al)

2.1

BET

146

Frage

Warum zeigen sich bei den Nebengruppenele- menten von Element zu Element mit steigender Ordnungszahl geringere Eigenschaftsänderungen als bei den Hauptgruppen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Die Atome der Nebengruppen haben ein oder zwei Aussenelektronen.

Da die chemischen Eigenschaften von der äussersten Schale abhängen und diese bei den Elementen der

Nebengruppen wenig ändern.

Es sind alles Metalle.

BET

2.1 147

Frage

Was kann man aus der Kurzbezeichnung 40 Ca

20 _ablesen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Atommasse 40 Protonenzahl 20 Elementname Calcium Neutronenzahl 20 Elektronenzahl 20

BET

2.1 148

Frage

Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Atomaufbau und der Stellung im PSE?

Vorschrift Literatur

Antwort

Hauptgruppen

Anzahl Elektronen der äussersten Schale ist die Gruppe, Anzahl Schalen bestimmt die Periode und.die Anzahl Protonen die Stellung in der Periode. Die Periode en- det jeweils mit einem Edelgas.

Nebengruppen

Anzahl Schalen bestimmt die Periode

und die Protonenzahl die Stellung inner-

(14)

BET

2.1 149

Frage

Bestimmen Sie die Wertigkeiten der Elemente aus dem PSE!

Geben Sie die Symbole der Elemente in der Rei- henfolge der Ordnungszahl an.

Vorschrift Literatur

Antwort

0 He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn 1 H,Li,-F,Na,-Cl,K,Cr,Cu,

-Br,Rb,Nb

Mo,Ru,Rh,Ag,-J,Cs,Pt, Au,-At,Fr

2 Be,-O,Mg,-S,Ca,Sc,Ti,V, Mn,Fe,Co,Ni,Zn,Se,Sr, Y,Zr,Tc,Cd,Te,Ba,La,Ce, Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb, Dy,Ho,Er,Th,Yb,Lu,Hf,Ta, W,Re,Os,Ir,Hg,-Po,Ra, Ac,Th,Pa,U,Np,Pu,Am, Cm,BET,Cf,Es,Fm,Md,No, Lr

2.1

BET

150

Frage

Bestimmen Sie die Wertigkeiten der Elemente aus dem PSE!

Geben Sie die Symbole der Elemente in der Rei- henfolge der Ordnungszahl an.

Vorschrift Literatur

Antwort

3 B,-N,Al,-P,Ga,-As,In,-Sb, Tl,-Bi,

4 ±C, ±Si, ±Ge, ±Zn, ±Pb 5 N,P,As,Sb,Bi

6 O,S,Se,Te,Po 7 F,Cl,Br,J,At

BET

2.1 151

Frage

Welches sind die Eigenschaften von Metallen? Vorschrift Literatur

Antwort

Metalle Metallglanz

Leitfähigkeit für elektrischen Strom Gute Wärmeleitfähigkeit

Leichte Verformbarkeit

In chem. Verbindungen pos. Ionen Metalle (Metalloxide) bilden Basen

BET

2.1 152

Frage

Welches sind die Eigenschaften von Nichtmetal- len?

Vorschrift Literatur

Antwort

Nichtmetalle

Leiten den elektrischen Strom nicht Schlechte Wärmeleitfähigkeit Schlechte Verformbarkeit (spröde).

In chem. Verbindungen neg. Ionen.

Nichtmetalle(Oxide) bilden Säuren.

(15)

BET

2.1 153

Frage

Welches sind die Eigenschaften von Edelgas und Halbleiter?

Vorschrift Literatur

Antwort

Edelgase

Untrennbar, gasförmig Halbleiter

Weder Leiter noch Isolator

Eigenleitfähig bei Temperaturzunahme

2.1

BET

154

Frage

Welche Regelmässigkeiten finden sich horizontal im PSE und wie hängen diese mit dem Atomauf- bau zusammen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Hauptgruppen

Valenzelektronen aufsteigend Ordnungszahl aufsteigend Anzahl Schalen gleich Nebengruppen

Ordnungszahl aufsteigend Anzahl Schalen gleich

BET

2.1 155

Frage

Leider gibt es auch im PSE Ausnahmen von der Regel:

Was ist in der ersten Periode unregelmässig und wieso?

Was passiert bei den Nebengruppenelementen und mit welchen Folgen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Wasserstoff hat kein Neutron im Kern.

Helium ist ein Edelgas mit einer Schale mit zwei Elektronen.

Es füllen sich die zweite und dritte Schale mit Elektronen auf. Die äusserste Schale verändert sich nur gering (1 oder 2 Elektronen). Die Nebengruppen sind alles Metalle.

BET

2.1 156

Frage

Zeichnen Sie ein Bohrsches Atommodell von Calcium. Das Element liegt in der vierten Periode und auf der zweiten Hauptgruppe.

(Ohne Hilfe der Tabelle! Erst zur Kontrolle nach- schauen.)

Vorschrift Literatur

Antwort

(16)

BET

2.1 157

Frage

Welche Angaben können Sie folgenden Angaben entnehmen?

Ordnungszahl Gruppennummer Periodennummer Massenzahl

Vorschrift Literatur

Antwort

Anzahl Protonen

Anzahl Valenzelektronen (bei den Hauptgruppen)

Anzahl Schalen

Summe der Protonen und Neutronen

2.1

BET

158

Frage

Zeichnen Sie ein Bohrsches Atommodell.

Das Element liegt in der dritten Periode und auf der zweiten Hauptgruppe. Welches Element ist es?

(Ohne Hilfe der Tabelle! Erst zur Kontrolle nach- schauen.)

Vorschrift Literatur

Antwort

Si

BET

2.1 159

Frage

Skizzieren Sie das Periodensystem der Elemen- te, so dass man seine wesentlichen Strukturen erkennt:

a) Drei Stoffklassen!

b) Horizontale Gliederung!

c) Vertikale Gliederung!

Antwort

BET

2.1 160

Frage

Wie ist das PSE strukturiert?

Wie sind die Elemente einsortiert?

Vorschrift Literatur

Antwort

Geordnet nach der Ordnungszahl (Protonenzahl).

Jede Periode (Schale) endet mit einem Edelgas.

Die Hauptgruppen sind nach den Valenzelektronen geordnet.

Die Nebengruppen nach der

Ordnungszahl und nach den Perioden.

(17)

BET

2.1 161

Frage

Was können Sie über die Eigenschaften der E- lemente aus dem PSE aussagen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Senkrecht also mit zunehmender Periode sind Elemente mit den gleichen

Eigenschaften.

2.1

BET

162

Frage

Was ist der Unterschied zwischen einem Leiter und einem Nichtleiter?

Vorschrift Literatur

Antwort

In der Atombindung der Metalle sind die Aussenelektronen nur schwach an den Atomrumpf gebunden. Es entsteht zwischen dem Atomgitter ein

Elektronengas welches die elektrische Leitfähigkeit bestimmt.

Nichtleiter besitzen in der Verbindung wenige freie Elektronen.

BET

2.1 163

Frage

Was wissen Sie über die Masse der Atomteil- chen?

Vorschrift Literatur

Antwort

Neutronen und Protonen zusammen bestimmen die Atommasse

m

p

=m

e

= 1,673x10

^-24

g

Die Massen der Atomteilchen werden in Einheiten (u) im Vergleich zum

Wasserstoffatom dargestellt.

BET

2.1 164

Frage

Wieviele Elektronen befinden sich maximal auf der äussersten Schale und um was für ein Ele- ment handelt es sich dabei?

Vorschrift Literatur

Antwort

Acht Elektronen

Edelgaszustand

(18)

BET

2.1 165

Frage

Was gibt die Wertigkeit an? Vorschrift Literatur

Antwort

1. Die Zahl der Wasserstoff-Atome, die ein Atom binden (oder ersetzen) kann, nennt man die Wertigkeit des Atoms.

2. Die Wertigkeit ist im einfachsten Fall die Anzahl Elektronen die ein Element in einer Verbindung abgeben oder aufnehmen kann.

3. Andere Wertigkeiten des gleichen Elementes werden durch die Bindungspartner bestimmt.

2.1

BET

166

Frage

Was sind Isotope? Vorschrift

Literatur

Antwort

Ein Isotop nennt man ein Element im PSE welches die gleiche Protonenzahl aufweist aber eine andere Anzahl Neutronen besitzt.

Isotope sind gleichartige Atome mit unterschiedlicher Atommasse.

BET

2.1 167

Frage

Weshalb ist die Atommassenzahl im PSE nicht ganzzahlig?

Vorschrift Literatur

Antwort

Weil die Massen im Vergleich mit dem Wasserstoffatom nicht einen

ganzzahligen Wert ergeben.

BET

2.1 168

Frage

Welche Eigenschaften haben die Edelgase und warum?

Vorschrift

Sie sind Gase.

Ihre äusserste Schale ist mit 8 Elektronen

voll besetzt (Oktett) und kann daher keine

Bindung eingehen.

(19)

BET

2.1 169

Frage

Nennen Sie die Namen der Edelgase.

Vorschrift

Helium Neon Argon Krypton Xenon Radon

2.1

BET

170

Frage

Durch welche Zahl ist jedes Element im Perio- densystem unterscheidbar?

a) Zahl der freien Elektronen b) Isotopen-Nummer

c) Relative Atommasse d) Zahl der Protonen e) Zahl der Neutronen

Vorschrift

d) Zahl der Protonen

BET

2.1 171

Frage

Welche Teilchen im PSE sind die reaktionsträgs- ten?

Vorschrift

Edelgase

BET

2.1 172

Frage

Im Periodensystem kann man bezüglich den chemischen Eigenschaften welche Aussage ma- chen?

Vorschrift

Die Elemente in den verschiedenen

Hauptgruppen haben ähnliche chemische

Eigenschaften

(20)

BET

2.1 173

Frage

Welche Elemente im PSE sind Halbmetalle?

Vorschrift

Silicium Germanium Arsen Antimon Tellur Polonium

Astat (Radioaktives Material)

2.1

BET

174

Frage Vorschrift

BET

2.1 174

BET