Wasser – Aufbau des Moleküls 09:04 min
Transkript Wasser – Aufbau des Moleküls
Hallo und herzlich willkommen zu diesem Video. Es heißt: "Wasser - ein molekularer Stoff mit chemischer Bindung". Du kennst bereits die chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff. Nachher kannst Du den Stoff Wasser richtig einordnen und seine Teilchen beschreiben. Der Film besteht aus fünf Abschnitten: Gemisch oder reiner Stoff? Element oder Verbindung? Die Zusammensetzung. Die Summenformel Die chemische Bindung im Wassermolekül. Gemisch oder reiner Stoff? Wie kann man diese Frage beantworten? Wasser hat bei Normaldruck eine ganz bestimmte Schmelztemperatur, nämlich 0°C. Außerdem beträgt seine Siedetemperatur genau 100°C. Wir haben hier genaue "scharfe" Werte. Und das ist nur möglich, wenn es sich dabei um einen reinen Stoff handelt. Element oder Verbindung? Mit dieser Frage schlugen sich die Wissenschaftler lange herum. Erst nachdem es gelang, eine Elektrolyse des Wassers durchzuführen, konnte man sie beantworten. Zwei Elektroden tauchen in ein Gefäß mit Wasser. Damit die Leitfähigkeit verbessert wird, gibt man etwas Salz hinzu. Man schließt eine Gleichspannungsquelle von etwa neun bis zwölf Volt an die beiden Elektroden an. Schon bald beginnen an der negativen Elektrode Gasbläschen von Wasserstoff aufzusteigen. An der positiven Elektrode bilden sich ebenfalls Gasbläschen. Das ist Sauerstoff. Bei beiden Stoffen handelt es sich um chemische Elemente. Daher kann Wasser nur eine chemische Verbindung sein. Für uns heute ist es leicht, das festzustellen. Wir verfügen über das Periodensystem der Elemente PSE. Unter den chemischen Elementen gibt es nur zwei Flüssigkeiten bei Raumbedingungen. Quecksilber und Brom. So einfach ist Chemie für uns heute.Die Zusammensetzung: Wir wissen bereits, dass Wasser die chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff enthält. Aber wieviel von jeder Sorte? HO wäre möglich, ein Wasserstoffatom und ein Sauerstoffatom bilden ein Molekül. Möglich wäre auch ein Wasserstoffatom und zwei Sauerstoffatome oder ganz schlimm H2O ,zwei Wasserstoffatome und drei Sauerstoffatome. Um eine Entscheidung zu finden, muss man die Volumina von Wasserstoff und Sauerstoff in ml messen. Möglich wären zum Beispiel 20,4 Wasserstoff, 10,2 Sauerstoff. Oder 35,8 Wasserstoff und 17,9 Sauerstoff oder aber auch 28,0 Wasserstoff und 14,0 Sauerstoff. In jedem Fall ist das Verhältnis 2:1. Unter Verwendung der Gasgesetze, an denen der Wissenschaftler Avogadro stark beteiligt war, kommen wir zu folgender Schlussfolgerung: Da das Verhältnis der Gasmengen 2:1 ist, kann die richtige Formel nur sein H2O, zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom bilden das Wassermolekül. Auch diese komplizierte Aufgabe ist damit gelöst. Die Summenformel: H2O haben wir bereits bestimmt. Ist das dann nicht schon die Summenformel? Nein, denn denkbar sind noch H4O2 oder H6O3 oder H8O4. Die Zahl der Wasserstoffatome ist jeweils doppelt so groß wie die Zahl der Sauerstoffatome. Wir können noch weitere solcher Formeln entwickeln. Beliebig viele. In jedem Fall ist die Zahl der Wasserstoffatome zur Zahl der Sauerstoffatome 2:1. Wie können wir nun bestimmen, welche der Summenformeln die Richtige ist? Wenn wir mit Gasen arbeiten, können wir die Gasgesetze verwenden und die Gesetzmäßigkeit, die Avogadro entdeckt hat. Bei 120°C, da ist Wasser gasförmig, wiegen 32,2l Wasser 18g. Die Formel des Wassermoleküls ist H2O. Wir rechnen: 2•1+1•16=18. 1 und 16 sind die Atommassen des Wasserstoffatoms und des Sauerstoffatoms und 18 ist die Molekülmasse des Wassermoleküls. Und zwar genau des Moleküls, das die Summenformel H2O hat. Damit ist auch diese Frage geklärt. Die richtige Summenformel des Wassermoleküls ist H2O. 5. Die chemische Bindung im Wassermolekül H2O ist die Summenformel. Ein Molekül Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Und so sieht das in etwa aus. Zwischen den Wasserstoffatomen und dem Sauerstoffatom bestehen zwei chemische Bindungen. Am Sauerstoffatom befinden sich noch zwei Striche. Das sind noch zwei Elektronenpaare. Die Striche markiere ich nun mit grün. Es handelt sich hier um alle Außenelektronen. So ein Strich ist jeweils ein Elektronenpaar. Braun sind nun die gemeinsamen Elektronenpaare gekennzeichnet, die die chemische Bindung ausbilden. Die Wasserstoffatome verfügen dann über jeweils zwei Außenelektronen, das Sauerstoffatom über acht. Das ist jeweils die Zahl genutzter Elektronen in jedem einzelnen Atom. Jedes Atom hat nun eine Edelgaskonfiguration. Die Wasserstoffatome die Konfiguration des Heliumatoms. Das Sauerstoffatom die Konfiguration des Neonatoms. Sicher war das hier kurz und knapp und recht schnell. Erläuternde Informationen findest Du bei den Videos zu den "Lewisstrukturen". Und schon sind wir wieder fertig. Schön, dass ihr so gut mitgearbeitet habt. Ich wünsche Euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss.
Videobeschreibung
In diesem Video geht es um Wasser - ein molekularer Stoff mit chemischer Bindung. Dazu gehen wir der Frage nach, ob Wasser ein Gemisch oder ein reiner Stoff ist. Dann klären wir die Frage, ob es sich um ein Element oder eine Verbindung handelt. Wir erforschen die Zusammensetzung, ermitteln die Summenformel und erläutern die chemische Bindung im Wassermolekül.
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
Wasser – Aufbau des Moleküls
Wasser – Aufbau des Moleküls Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Wasser – Aufbau des Moleküls kannst du es wiederholen und üben.
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Beschreibe, wie man feststellen kann, dass Wasser eine Verbindung ist.
Tipps
Kohlenstoff ist nicht gasförmig.
Lösung
Elemente sind Reinstoffe, die sich nicht mehr in andere Stoffe zerlegen lassen. Verbindungen sind ebenfalls Reinstoffe, diese sind aber aus Elementen aufgebaut und lassen sich auch in diese durch chemische Reaktionen zerlegen.
Wasser lässt sich in zwei Elemente zerlegen. Damit kann es nicht selbst ein Element sein. Es ist eine Verbindung, die aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff aufgebaut ist. -
Erläutere, wie man die Summenformel von Wasser bestimmen kann.
Tipps
Du kannst hier von Avogadros Erkenntnissen profitieren.
Nach Avogadro ist die Anzahl von Teilchen in einem Mol Stoffmenge benannt. Die Avogadro-Konstante oder -Zahl ist $N_A=6,022 \cdot 10^{23} \text{ mol}^{-1}$.
Die Stoffmenge $n$ ist gleich die Masse des Stoffes $m$ durch die molare Masse des Stoffes $M$. In unserem Fall ist $n=1$:
$n=\frac{m}{M}=1$.Lösung
Gase haben einen Vorteil: Kennt man das Volumen und den Druck, so können wir ausrechnen, wie groß die Stoffmenge ist. Dabei ist es egal, um welches Gas es sich handelt!
Wasser ist erst bei Temperaturen über 100°C gasförmig. Daher wurde mit 120°C eine Temperatur gewählt, die darüber liegt. Daher können wir nun mit dem Gewicht einer bestimmten Menge Wasserdampf sehr einfach ausrechnen, wie die molare Masse von Wasser ist. Dazu wird einfach das Gewicht einer Menge an Wasserdampf bestimmt, das ein Mol Wassermoleküle enthält.
Ein Mol Wassermoleküle wiegt demnach 18 Gramm. Damit kann man nun berechnen, wie viele Wasserstoff- und Sauerstoffatome in einem Wassermolekül enthalten sind. Ein Mol Wasserstoffatome wiegt einen Gramm, ein Mol Sauerstoffatome wiegt 16 Gramm. Da ein Mol Wassermoleküle 18 Gramm wiegen, muss ein Wassermolekül aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen bestehen. -
Erschließe das richtige Versuchsergebnis zur Elektrolyse von Wasser.
Tipps
Lass den Teil des Glasrohres, der mit Gas gefüllt ist, unmarkiert.
An der negativ geladenen Elektrode entsteht der Wasserstoff.
Lösung
Wasserstoff und Sauerstoff entstehen bei der Elektrolyse von Wasser im Verhältnis 2:1. Wasserstoff entsteht an der negativ geladenen Elektrode. Nach 15 Minuten sind 10 ml Wasserstoff entstanden. An der positiv geladenen Elektrode müssen daher 5 ml Sauerstoff entstanden sein, die sich oben im rechten Glasrohr sammeln. Das Verhältnis, in dem die Gase entstehen, ist schon sehr charakteristisch. Jedoch kann man auch jeweils ein wenig der Gase mit einem Reagenzglas entnehmen. Diese Gasproben kann man dann mit einer Glimmspanprobe oder der Knallgasprobe testen.
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Ermittle, wie viel Wasserstoff oder Sauerstoff nach der Reaktion übrig bleibt.
Tipps
Bei der Bildung von Wasser wird doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff benötigt.
Wie viel Sauerstoff wird benötigt, damit 30 ml Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser reagieren können?
Lösung
Das Wassermolekül enthält doppelt so viele Wasserstoffatome wie Sauerstoffatome. Bei der Bildung von Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff werden beide Stoffe daher auch im Verhältnis 2:1 verbraucht. Ist von einem Gas zu viel vorhanden, bleibt es übrig.
- Wenn 100 ml Wasserstoff und 50 ml Sauerstoff verwendet werden, bleibt nichts übrig, da hier das Verhältnis 2:1 ist.
- Bei 30 ml von beiden Gasen ist das Verhältnis 1:1, es bleibt also die Hälfte, 15 ml, des Sauerstoffes übrig.
- Werden 60 ml Wasserstoff und 20 ml Sauerstoff eingesetzt, so reagieren 20 ml Sauerstoff mit 40 ml Wasserstoff, 20 ml Wasserstoff bleiben daher übrig.
- Verwendet man 100 ml Sauerstoff und 50 ml Wasserstoff, so können die 50 ml Wasserstoff mit 25 ml des Sauerstoffs reagieren. Daher bleiben 75 ml des Sauerstoffs übrig.
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Nenne das Verhältnis, in dem Wasserstoff und Sauerstoff im Wassermolekül vorliegen.
Tipps
Lösung
Zerlegt man Wasser in seine Bestandteile, also Wasserstoff und Sauerstoff, so kann man feststellen, dass auf einen Teil Sauerstoff zwei Teile Wasserstoff kommen. Das heißt, das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff im Wasser muss 2:1 betragen. Es sind also doppelt so viele Wasserstoffatome wie Sauerstoffatome im Wassermolekül vorhanden.
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Erkläre, warum für das $H_2O$-Molekül keine andere Verknüpfung der Atome möglich ist.
Tipps
Die braunen Striche stehen für bindende Elektronenpaare, die grünen für freie Elektronenpaare.
Bindende Elektronenpaare werden beiden Bindungspartnern zugeordnet. Im $H-H$-Molekül hat zum Beispiel jedes Wasserstoffatom zwei Elektronen.
Damit ein Molekül existieren kann, muss jedes Sauerstoffatom acht Außenelektronen haben, und jedes Wasserstoffatom benötigt zwei Außenelektronen.
Lösung
Damit ein Molekül existieren kann, muss jedes Sauerstoffatom acht Außenelektronen haben, und jedes Wasserstoffatom benötigt zwei Außenelektronen. Daher kann man sich beim $H_2O$-Molekül schnell überlegen, dass nur eine Möglichkeit zur Verknüpfung der drei Atome im Wassermolekül richtig sein kann.
Die erste Anordnung, die unmöglich existieren kann, ist $H-H-O$. Bei dieser Anordnung hat ein Wasserstoffatom vier Außenelektronen, da es zwei Bindungen zu seinen Nachbaratomen hat. Außerdem hat das Sauerstoffatom mit nur einer Bindung nur sechs Außenelektronen.
Ordnet man die drei Atome in einem Kreis an, hat das Sauerstoffatom zwar acht Außenelektronen, die Wasserstoffatome jedoch jeweils vier. Auch dieses Molekül kann daher nicht existieren.
Die einzige Möglichkeit ist daher die Anordnung $H-O-H$.
7 Kommentare
Es ist zu viel
für die die das Wort MOLEKÜL nicht verstehen
Bei Aufgabe ist + und - vertauscht.
Da es immer mehr Hydrogen als Oxygen gibt und im Video es gezeigt wird dass, Hydrogen bei einer Elektrolyse an dem - Pol Entsteht.
Das Video ist an sich sehr gut ,aber ich finde es ziemlich lang,das Video geht fast 10.min.ich würde es besser finden wenn sie aus dem einen z.B. zwei Videos gemacht hätten... ich hätte es dann besser verstanden !
18 u relative Atommasse, 18 g/mol ist die molare Masse. Ein mol Wasser ist 18 g.
Alles Gute
2*1+1*16=18 u oder ist das auch in gramm