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Vom Massenverhältnis zum Anzahlverhältnis |
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| Chemische Verbindungen lassen sich analysieren oder
synthetisieren. Dabei werden beispielsweise folgende
Massenverhältnisse (MV)
herausgefunden (siehe Tabelle): Zahlreiche Analysen und Synthesen chemischer Verbindungen führen zu einer grundlegenden Aussage, die man in den Naturwissenschaften dann Gesetz oder Prinzip nennt. Das Gesetz von den konstanten Proportionen (Massenverhältnissen), das man nach vielen Untersuchungen gefunden hat, wird wie folgt formuliert (siehe Boxen rechts): Da Atome sich bei einer chemischen Reaktion nicht teilen lassen, ergeben sich aus den konstanten, bestimmten Massenverhältnissen weitere Schlussfolgerungen: |
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| 1. Hinter jedem Massenverhältnis steckt immer ein
bestimmtes Anzahlverhältnis. Nimmt man als einfachstes Anzahlverhältnis der Atome in einer Verbindung das Verhältnis 1 : 1 an, so lauten die Aussagen aus den obigen Massenverhältnissen: |
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Würde man jetzt die Atommassen wissen, könnte man aus dem Massenverhältnis das Anzahlverhältnis bestimmen. Die Atommassen sind jedoch unvorstellbar gering, weil ja auch die Atome unvorstellbar klein sind. Deswegen hat man zunächst die Masseneinheit Gramm [g] als ungeeignet eingeschätzt und eine eigene Atomare Masseneinheit (atomic mass unit) geschaffen. Diese definiert sich auf der Grundlage des leichtesten Elements und sagt: Die Masse eines Wasserstoffatoms beträgt 1 u: m(1 H-Atom) = 1 u . Wasserstoff ist also das Bezugselement und deswegen nennt man diese Art der Atommasse die "Relative Atommasse", früher: Relatives Atomgewicht. (Siehe Arbeitsauftrag 1) Dann ergeben sich die Atommassen der anderen Elemente wie folgt: m(1 Sauerstoffatom) = ______ u; m(1 Magnesiumatom) = _____ u; m(1 Chloratom) = _______ u usw. Diese Aussagen gelten immer unter der Annahme, das Atomanzahlverhältnis sei 1 : 1. Aber was ist, wenn das Atomanzahlverhältnis z.B. bei Wasser oder bei der Verbindung aus Wasserstoff und Schwefel (Schwefelwasserstoff) 2: 1 ist? Dann beträgt die Atommasse m(1 Sauerstoffatom) = _____ u und m(1 Schwefelatom) = ______ u. Daraus wiederum folgt (siehe obige Tabelle), dass die Atommasse von Kupfer als m(1 Kupferatom) = ______ u und m(1Eisenatom) = _____ u ist. Auch für die Reaktion von Magnesium mit Salzsäure gilt das Anzahlverhältnis Wasserstoffatom: Magnesiumatom = 2 : 1. Wie lautet dann die Atommasse von Magnesium? Arbeitsaufträge: 1. Wie viel Gramm entsprechen der Masseneinheit 1
(sumerischer) Schekel, 1 Drachme, 1 Karat? 3. Das Massenverhältnis m(Kohlenstoff) : m(Sauerstoff)
in einem Kohlenstoffoxid ist 3 : 4.
4. Das Massenverhältnis m(Magnesium) : m(Sauerstoff) im Magnesiumoxid
ist ca. 3 : 2. |
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Lösungen: |
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Lückentext: Dann ergeben sich die Atommassen der anderen Elemente wie folgt: m(1 Sauerstoffatom) = 8 u; m(1 Magnesiumatom) = 13 u; m(1 Chloratom) = 35,5 u usw. Aber was ist,
wenn
das Atomanzahlverhältnis z.B. bei Wasser oder bei der Verbindung
aus Wasserstoff und Schwefel (Schwefelwasserstoff) 2: 1 ist? Dann
beträgt die Atommasse m(1 Sauerstoffatom) =
16 u und m(1
Schwefelatom) = 32 u. Daraus wiederum folgt (siehe obige Tabelle),
dass die Atommasse von Kupfer als
m(1 Kupferatom) = 64 u und
m(1Eisenatom) = 56 u ist. Die Atommasse von Magnesium beträgt dann m(1 Magnesiumatom) =26 u. Didaktischer Hinweis: 1. Die Atommasse von Kupfer beträgt m(1 Kupferatom) = 64 u, wenn m(1 Sauerstoffatom) = 16 u ist. Das Atommassenverhältnis ist dann 4 : 1 . Das Massenverhältnis von Kupfer zu Schwefel im Kupfersulfid ist laut obiger Tabelle m(Kupfer) : m(Schwefel) = 4 : 1. Danach ergäbe sich aus den obigen Aussagen bei einer Masse von m(1 Schwefelatom) = 32 u eine Atommasse von Kupfer mit m(1 Kupferatom) = 128 u. Es kann jedoch nicht sein, dass ein Atom mal die eine Masse hat und mal die andere, je nach Verbindung. Daraus ist dann nur eine Schlussfolgerung richtig: Das Anzahlverhältnis Cu : S kann im Kupfersulfid nicht 1 : 1 sein, sondern muss 2 : 1 sein. Somit kann man diese Übung dazu benutzen, die wechselseitige Beziehung und fortschreitende Entwicklung der Aufklärung zwischen Anzahl- und Massenverhältnis darzustellen, was ja auch dem historischen Weg entspricht. 2. Es kommt in dieser Frage nicht auf die Richtigkeit der Atommassen an, sondern auf die Dialektik zwischen Massen- und Anzahlverhältnis. Dabei ist wichtig festzustellen, dass mit dem Bezug auf das leichteste aller Atome, das Wasserstoffatom, erst mal eine Basis geschaffen wurde, auf der man weiterarbeiten konnte. Erst die Erforschung weiterer zahlreicher Verbindungen brachte mit der Zeit verlässliches Wissen um die Atommassen und die Anzahlverhältnisse in den Verbindungen. 3. In dieser Übung werden die Elementnamen immer ausgeschrieben, anstatt mit "Abkürzungen" wie H, Cu, S usw. zu arbeiten. Damit soll deutlich gemacht werden, dass H, Cu, S keine Abkürzungen sind, sondern Symbole, was einen völlig anderen Inhalt zur Folge hat. Wenn die Elementsymbole und ihr Inhalt bereits behandelt wurden, kann man damit natürlich auch arbeiten. Arbeitsaufträge: 1. Wie viel Gramm entsprechen der Masseneinheit 1
(sumerischer) Schekel, 1 Drachme, 1 Karat? 2. Das Massenverhältnis m(Sauerstoff) : m(Schwefel)
in einem Schwefeloxid ist 1 : 2. Welche Atommasse hat dann Schwefel? 3. Das Massenverhältnis m(Kohlenstoff) : m(Sauerstoff) in einem
Kohlenstoffoxid ist 3 : 4. Welche Atommasse hat dann Kohlenstoff?
m(1
Kohlenstoffatom) ?= 12 u. 4. Das Massenverhältnis m(Magnesium) : m(Sauerstoff) im Magnesiumoxid ist ca. 3 : 2. Welche Atommasse ergibt sich hieraus für Magnesium? m(1 Magnesiumatom) = 24 u. Quellen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Alte_Maße_und_Gewichte_(Antike)
update am:
02.02.21
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