Metalle und ihre Affinität zu Sauerstoff

Metalle und ihre Affinität zu Sauerstoff Übung

• Nenne die allgemeine Gleichung für die Reaktion von Metallen und Sauerstoff.

  Tipps

  Überlege, wie die Stoffe heißen, die bei einer Reaktion mit Sauerstoff entstehen.

  Recherchiere den lateinischen Begriff für Sauerstoff.

  Lösung

  Manche Metalle besitzen die Eigenschaft, dass sie mit Sauerstoff, z.B. aus der Luft, reagieren können. Unterschiedliche Metalle haben auch unterschiedliche Formelzeichen. Chemiker haben deshalb eine allgemeine Reaktionsgleichung entwickelt, die man auf alle Metalle anwenden kann, ohne jede spezielle Gleichung zu formulieren zu müssen. Die allgemeine Gleichung für Reaktionen zwischen Metall und Sauerstoff lautet:

  Metall + Sauerstoff $\longrightarrow$ Metalloxid.

  Daraus lässt sich ableiten, dass alle Produkte, die durch die Reaktion mit Sauerstoff gebildet werden, Oxide sind.

• Ordne die Metalle nach ihrer Affinität zu Sauerstoff.

  Tipps

  Links vom Pfeil stehen die Metalle, die eine sehr geringe bzw. keine Affinität zu Sauerstoff haben.

  An der Pfeilspitze befinden sich die Metalle, die eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff haben.

  Überlege, welche Art von Metallen sehr affin zu Sauerstoff sind.

  Lösung

  Mithilfe der Affinitätsreihe kann man darstellen, wie gern ein bestimmtes Metall mit Sauerstoff reagiert. Dazu kann man z.B. einen Pfeil als Darstellung nutzen. Dabei befinden sich an der Pfeilspitze all diejenigen Metalle, die sehr gut mit Sauerstoff reagieren, und am anderen Ende befinden sich die Metalle, die kaum oder gar nicht mit Sauerstoff reagieren. Alle Metalle, die eine hohe Affinität zu Sauerstoff haben, sind sehr unedle Metalle. Im Gegensatz dazu heißen alle Metalle edel, wenn sie nicht mit Sauerstoff reagieren. Ob ein Metall mit Sauerstoff reagiert, hängt auch mit dem Begriff der Stabilität zusammen. So stellt sich immer die Frage, ob das reine Metall oder das Oxid stabiler ist. Bei Metallen mit hoher Affinität zu Sauerstoff sind daher die Oxide stabiler als die reinen Metalle.

• Erstelle eine Übersicht über Edelmetalle, Halbedelmetalle, undedle Metalle und sehr unedle Metalle.

  Tipps

  Überlege, ob Edelmetalle eine hohe oder niedrige Affinität zu Sauerstoff haben.

  Lösung

  Wenn du den Begriff Edelmetalle hörst, dann weißt du jetzt, dass sie eine sehr niedrige Affinität zu Sauerstoff haben. Das bedeutet, sie reagieren kaum oder gar nicht mit dem Element. Je unedler die Metalle werden, umso höher wird die Affinität der Metalle zu Sauerstoff. So sind unedle Metalle also sehr affin, was die Reaktion mit Sauerstoff angeht. Dazwischen gibt es noch die Halbedelmetalle, wie Quecksilber und Kupfer. Bei diesen kommt es auch immer auf die Umstände an, ob sie mit Sauerstoff reagieren oder nicht. Unedle Metalle neigen auf jeden Fall dazu, mit Sauerstoff zu reagieren. Sie sind ihm gegenüber also sehr affin.

• Erschließe, ob das Metall oder das Metalloxid stabiler ist.

  Tipps

  Überlege, mit welcher Eigenschaft die Stabilität im Zusammenhang steht.

  Kategorisiere die Metalle in zwei Gruppen.

  Ordne die Metalle in edle und unedle Metallen ein.

  Lösung

  Der Begriff Affinität ist mit einem anderen Begriff stark verbunden. Die Stabilität eines Stoffes spielt dabei nämlich auch eine große Rolle. Ein Stoff wird dann als stabil bezeichnet, wenn er über eine lange Zeit unverändert vorliegt. Was hat das also mit der Affinität zu tun? Ist ein Metall sehr affin zu Sauerstoff, dann ist er in der oxidierten Form stabiler als in der reinen Form. So sind also unedle Metalle, wie Kalium, Calcium und Magnesium, sehr affin zu Sauerstoff und liegen deshalb in der oxidierten Form stabiler vor. Im Gegensatz dazu gibt es die Edelmetalle, bei denen die Affinität zu Sauerstoff sehr gering ist. Das heißt für sie, dass die stabilere Form die reine Form ist. Deshalb wird man auch kaum Gold-, Silber- oder Platinoxid antreffen.

• Erkläre folgenden Sachverhalt.

  Tipps

  Überlege, was der Begriff Affinität bedeutet.

  Affinität bedeutet, dass ein Metall mit dem Sauerstoff verwandt ist und mit ihm reagieren möchte.

  Lösung

  Das Experiment zeigt ganz deutlich: Es gibt Metalle, die mit Sauerstoff reagieren, aber es gibt auch Metalle, die keine Reaktion mit Sauerstoff eingehen. Magnesium gehört zu den Metallen, die eine sehr hohe Affinität zu Sauerstoff haben, d.h. Magnesium ist mit dem Sauerstoff verwandt und möchte mit ihm reagieren. Ein weiterer Grund, warum Magnesium gern diese Reaktion eingeht, liegt in der Stabilität begründet. Das Magnesiumoxid ist viel stabiler als reines Magnesium. Silber hingegen besitzt eine sehr niedrige Affinität zu Sauerstoff. Weiterhin ist das reine Silber viel stabiler als das zugehörige Oxid.

• Bilde die Reaktionsgleichung aus den folgenden Elementen.

  Tipps

  Die Verhältnisformeln für Sauerstoff und die entstehenden Produkte dürfen nicht verändert werden.

  Auf der linken und auf der rechten Seite des Reaktionspfeiles muss die gleiche Anzahl an Mol vorhanden sein.

  Nutze, wenn nötig, die Option des kleinsten gemeinsamen Vielfachen.

  Lösung

  Reaktionsgleichungen stellen einen wichtigen Teil in der Chemie dar. Sie verdeutlichen, was bei einer Reaktion geschieht und welcher Stoff mit welchem reagiert, damit das Produkt entsteht. Bei der Oxidationsreaktion von Metallen reagiert immer ein Metall mit dem Sauerstoff ($O_2$). Zu beachten ist dabei, dass auf Edukt- und auf Produktseite die gleiche Molzahl vorhanden ist. Schaue dir nochmal das erste Beispiel an:

  Magnesium bildet mit Sauerstoff Magnesiumoxid $MgO$. Sauerstoff kommt auf der linken Seite zwei Mal vor, deshalb muss das gesamte Oxidmolekül auf der rechten Seite verdoppelt werden. Dadurch verdoppelt sich auch die Molzahl von Mangesium auf der rechten Seite. Dies wird ausgeglichen, indem man eine 2 vor das Magnesium auf der rechten Seite schreibt. Etwas schwieriger war es mit der letzten Aufgabe. Aluminiumoxid hat die festgelegte Formel $Al_2O_3$. Diese darf nicht verändert werden. Es liegen also drei Mal Sauerstoff auf der rechten Seite vor. Auf der linken aber nur zwei. Deshalb muss hier das kleinste gemeinsame Vielfache von 2 und 3 gefunden werden. Das ist 6. Man schreibt also vor das $O_2$ auf der linken Seite eine 3 und vor das gesamte Oxidmolekül eine 2. Jetzt muss nur noch das Aluminium ausgeglichen werden.