Reaktionen von Metallen mit Sauerstoff - Unterricht

Reaktionen von Metallen mit Sauerstoff1. VersuchWir halten einen Eisennagel in die Gasflamme undversuchen, ihn anzuzünden.Beobachtung : Der Nagel beginnt zu glühen,die blaue Flamme färbt sich orange,der Nagel brennt nicht selbständig.2. VersuchWir halten den glühenden Nagel in reinenSauerstoff.Beobachtung : Der glühende Nagelbrennt nicht.3. VersuchAnstelle des glühenden Eisennagels halten wirfeine glühende Eisenspäne (Stahlwolle) inreinen Sauerstoff.Beobachtung : Die glühende Stahlwolleflammt heftig auf, verbrennt unter starkerWärmeabgabe und fällt als dunkler,spröder Stoff auf den Boden desKolbens.Feststellung : Eisen verbrennt gut, wenn es in feinverteilter Form vorliegt.4. VersuchWir wollen untersuchen, ob auch andereMetalle verbrennen. Dazu streuen wir sie inPulverform durch die Bunsenbrennerflamme.Beobachtung : Die Bunsenbrennerflammefärbt sich je nach Metall typisch :Aluminium Al : rot-weissKupfer Cu : grünEisen Fe : orangeMagnesium Mg : blau-weissBlei Pb : blau-silbrigZink Zn : rot-blau

Dass Stoffe in feinverteilter Form heftiger reagieren, lässt sich mit unserem Teilchenmodellerklären: Wir stellen uns ein sehr kleines Stückchen Metall vor, das wie in der Abbildungaus einer bestimmten Anzahl kleinster Teilchen besteht.An der Oberfläche dieses theoretischenwürfelförmigen Metallstückchens befinden sich152 (= 20 · 6 + 2 · 16) kleinste Teilchen.Teilt man den Würfel wie abgebildet, so erhältman 8 gleich grosse Würfel.An der Oberfläche jedes Teilwürfels befinden sich26 (= 8 · 3 + 2 · 1) kleinste Teilchen.Insgesamt befinden sich jetzt 208 kleinsteTeilchen an der Oberfläche. Liegt ein Stofffeinverteilt vor, so hat er eine grössereOberfläche. Es können also mehr kleinsteTeilchen gleichzeitig reagieren.5. VersuchWir halten ein zusammengefaltetes Kupferblechin die Bunsenbrennerflamme.Beobachtung : Das Blech wird glühend,auf der Aussenseite überzieht es sich miteinem spröden, schwarzen, leichtabkratzbaren Stoff. Auf der Innenseitebleibt das Kupfer blank.Erklärung :Aussen reagiert das Kupfer mit dem Sauerstoff der Luft.Dabei entsteht schwarzes, festes Kupferoxid CuO.Innen kann das Kupfer nicht reagieren, weil keine Luft, alsokein Sauerstoff zum Kupfer gelangt.im Teilchenmodell : +chem. Gleichung : 2 Cu + O 2 2 CuOin Worten : Kupfer und Sauerstoff reagieren zu KupferoxidMERKE :• Die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff nennt man Oxidation.• Ist die Oxydation stark exotherm (Flamme), so nennt man sie eine Verbrennung.• Die Verbindungen von Elementen mit Sauerstoff nennt man Oxide.

Die folgenden Abbildungen zeigen, wie man sich die einzelnen Phasen der chemischenReaktion von Kupfer und Sauerstoff im Teilchenmodell vorstellen kann :vor der Reaktion :Die Kupferatome bilden einen gitterförmigenVerband, in dem sie sehr regelmässig angeordnetsind.Die Sauerstoffteilchen umschwirren das Kupfer alszweiatomige Moleküle (vgl. Bienenschwarm).während der Reaktion :Der gitterförmige Verband der Kupferatome zerfällt,einzelne Kupferatome fallen heraus.Sauerstoffmoleküle spalten sich auf in einzelne,sehr aggressive Kupferatome.Abgesprungene Kupferatome und freie Sauerstoffatomefinden zueinander und verbinden sichmiteinander.nach der Reaktion :Kupferatome und Sauerstoffatome haben sich zueinem gitterförmigen Verband verbunden, in demsie im Verhältnis 1 : 1 angeordnet sind.

Das Bindungsbestreben der Metalle zu Sauerstoff6. VersuchWir vergleichen die Heftigkeit derReaktion vona) Magnesium und Sauerstoffb) Kupfer und SauerstoffBeobachtung : Magnesium brennt mitgreller Flamme, Kupfer wirdschwarz, brennt aber nicht.Feststellung :Die chemische Reaktion von Magnesium und Sauerstoff liefertmehr Energie als die Reaktion von Kupfer und Sauerstoff.chem. Gleichungen :a) 2 Mg + O 2 → 2 MgO Energieabgabe ΔE = – 610 kJ/Molb) 2 Cu + O 2 → 2 CuO Energieabgabe ΔE = –138 kJ/MolJe mehr Energie bei einer chemischenReaktion frei wird, desto grösser istdas Bestreben der Reaktionspartner,miteinander eine Verbindungeinzugehen.Je grösser das Bindungsbestreben derReaktionspartner war, desto stabilerist die Verbindung, desto mehrEnergie muss aufgewendet werden,um die Verbindung wieder in ihreBestandteile zu zerlegen.Magnesium hat ein grösseresBindungsbestreben zu Sauerstoffals Kupfer..Kupferoxid lässt sich leichter inseine Bestandteile aufspalten alsMagnesiumoxid.Die Metalle werden je nach ihrem Bindungsbestreben zu Sauerstoff eingeteilt inVertreterBindungsbestrebenzu SauerstoffOxideMerkmalunedle Metalle Na, Mg, Al,Fe, Zn, Pbgross Na 2 O 2 , MgOFe 2 O 3 , ZnOhalbedle Metalle Cu, Hg gering CuOHgOEdelmetalle Au, Ag, Pt kein – nichtstabilschweraufspaltbarleichtaufspaltbar