Rainer Steiger

Textantwort:

Die beiden gezeichneten Moleküle:

	{A: } /\OH { resp. : } H-C<`|H><|H>-C<`|H><|H>-$dots(TR)O|H
	{B: } /O\ { resp. : } H-C<`|H><|H>-$dots(TB)O-C<`|H><|H>-H

Um eine Prognose der Siedepunkte machen zu können, gilt es, alle möglichen ZMKs zu berücksichtigen:

1. VdW-Kräfte: Beide Moleküle machen die gleichen Beiträge, da ja die gleiche Summenformel vorliegt und somit auch die Summe der Elektronen gleich wäre (jeweils 26 Elektronen)
2. Dipol-Dipol-Ww: Beide Moleküle sind insgesamt gesehen polar, oder anders ausgedrückt: der polare Teil des Moleküls (Verknüpfungen mit O) überwiegt, der nicht polare Teil (Verknüpfungen C-H) ist kleiner
3. Wasserstoffbrücken: Nur A kann Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden, B nicht (H muss an O, F oder N gebunden sein)
4. Quintessenz: Prognose Sdp(A) > Sdp(B)
5. Das Experiment bestätigt unsere Prognose: A 78°C , B -25°C

Textantwort:

1. Bei D handelt es sich um ein Salz, es sind also Ionen vorhanden
2. Kohlendioxid, C, ist nicht polar und macht nur Van-der-Waals-Wechselwirkungen
3. A und B sind beide polar, jedoch macht nur B Wasserstoffbrückenbindungen
4. Quintessenz: Sdp(D) > Sdp(B) > Sdp(A) > Sdp(C)

Textantwort:

1. A und C können Wasserstoffbrückenbindungen machen, B und D nicht
2. C kann doppelt soviele Wasserstoffbrückenbindungen machen wie A
3. B macht mehr VdW-Wechselwirkungen als D
4. Quintessenz: Sdp(C) > Sdp(A) > Sdp(B) > Sdp(D)

Textantwort:

1. Alle Verbindungen sind Carbonsäuren und somit in der Lage, Wasserstoffbrückenbindungen auszubilden, polar.
2. Sie sind aber unterschiedlich 'gross', sprich haben jeweils eine unterschiedliche totale Anzahl Elektronen, was hier wiederum entscheidend ist.
3. Quintessenz: Sdp(B) > Sdp(A) > Sdp(D) > Sdp(C)

Textantwort:

1. Alle Verbindungen sind reine Kohlenwasserstoff-Verbindungen, also gibt es nur Van-der-Waals-Wechselwirkungen.
2. Van-der-Waals-Kräfte sind eine Funktion der totalen Anzahl Elektronen
3. Quintessenz: Sdp(D) > Sdp(A) > Sdp(C) > Sdp(B)
4. Experiment: Sdp(A)=341 K ; Sdp(B)=272K ; Sdp(C)=309K ; Sdp(D)=372 K

Textantwort:

1. Alle sind polar, alle machen Wasserstoffbrückenbindungen. Einziger Unterschied: die Van-der-Waals-Kräfte als Funktion der totalen Anzahl Elektronen unterscheidet sich von Molekül zu Molkekül
2. Quintessenz: Sdp(D) > Sdp(B) > Sdp(C) > Sdp(A)
3. Experiment: Sdp(A)=351 K ; Sdp(B)=411K ; Sdp(C)=391K ; Sdp(D)=430 K

Textantwort:

1. A und B können Wasserstoffbrückenbindungen machen, C nicht: C hat daher den tiefsten Sdp
2. A kann mehr Wasserstoffbrückenbindungen machen als B
3. Quintessenz: Sdp(A) > Sdp(B) > Sdp(C)

Textantwort:

1. nur B kann ionische Bindungen machen: höchster Sdp
2. A und D können Wasserstoffbrückenbindungen machen, wobei D mehr Möglichkeiten hat wie A
3. C ist polar, sonst keine ionische resp. Wasserstoffbrückenbindungsmöglichkeiten, daher tiefster Sdp
4. Quintessenz: Sdp(B) > Sdp(D) > Sdp(A) > Sdp(C)

Textantwort:

1. Die Moleküle A und D bilden nur Van-der-Waals-Kräfte aus
2. B und C sind zusätzlich polar
3. nur B kann Wasserstoffbrückenbindungen machen.
4. Aufgrund dieser Fakten gilt: Substanz B hat den höchsten Siedepunkt

Textantwort:

1. Die Verbindung D ist ionisch und hat somit den höchsten Siedepunkt
2. C enthält eine -OH-Verbindung, kann also Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden
3. B ist im Gegensatz zu A polar
4. Aufgrund dieser Fakten gilt: Sdp(D) > Sdp(C) > Sdp(B) > Sdp(A)

Textantwort:

1. Grundgedanke: Das heisse Wasser kühlt sich ab, das kalte Wasser erwärmt sich
2. Es gelten folgende Abkürzungen: H für Heiss, K für Kalt, M für Mischung
3. Das Eis muss zuerst geschmolzen werden (L_f ist die benötigte Energie) und kann dann erst auf die Mischtemperatur erwärmt werden
4. Q(100℃ → T_M) = Q(Eis schmelzen, 0℃ → T_M)
5. m_H · c_w · (100℃ – T_M) = m_K·L_f + m_K · c_w · (T_M – 0℃ )
6. Celsius in Kelvin umrechnen, m_H = m_K = m (!)
7. m·c_w·(373K-T_M) = m·L_f +m·c_w·(T_M-273K)
8. T_M = [c_w·(373k+273k)-L_f]/(2·c_w)
9. T_M = [4.185kJ/kgK·(373k+273k)-335.5kJ]/(2·4.185kJ/kgK) = 283.2 K = 10.2℃

Die Mischung hätte also eine Temperatur von ca. 10 Grad Celsius.

Textantwort:

Stoff	M(g/mol)	m(g)	n(mol)
NaCl	58.5	1000	1000/58.5 =17.09
H2O	18	1846	6·17.09 = 102.56

a) Es braucht also 1846 Gramm Wasser um jede Natriumion mit jeweils 6 Wassermolekülen zu umhüllen. b) Da pro NaCl je ein Na⁺ sowie ein Cl^– vorhanden sind, braucht es also doppelt soviel Wasser also total 3692 Gramm Wasser.

Textantwort:

{a) } H2O + H2O{:}	H-$dots(RB)O<`|H> _(x2,y,H)H-$dots(RB)O<`|H>
{b) } H2O + NH3{:}	H-$dots(BR)O<`|H> _(x2,y,H)H-$dots(R)N<`|H><|H>
{b) … oder }	H-$dots(B)N<`|H>-H_(x2,y,H) $dots(LR)O<`|H>|H
{b) … oder }	H|$dots(LB)O-H_(x2,y,H) $dots(L)N<`|H><|H>-H
{c) } NH3+ NH3{:}	H-$dots(R)N<`|H><|H> _(x2,y,H)H-$dots(R)N<`|H><|H>
{d) } HF + HF{:}	H-$dots(TRB)F _(x2,y,H)H-$dots(TRB)F
{e) } CH3OH + CH3OH	H-C<`|H><|H>-$dots(TB)O-H_(x2,y,H) $dots(LB)O<`|H>-C<`|H><|H>-H
{f) } H-C<`|H><|H>-$dots(TB)O-C<|H><`|H>-H	{keine H-Brücken möglich, H nicht an O gebunden}
{g) } H-C<`|H><|H>-$dots(TBR)F	{keine H-Brücken möglich, H nicht an F gebunden}

Textantwort:

Zur Ausbildung von H-Brücken braucht es verschiedene Zutaten: Ein Atom, welches ….

1. an eines der Atome F, O oder N kovalent gebunden ist. Konkret also irgendeine Kombination mit F-H, O-H oder N-H.
2. Auf der Gegenseite (also gegenüber des Wasserstoffs via F-H, O-H resp. N-H) ein freies Elektronenpaar (wiederum Bestandteil eines F, N oder O-Atoms)
3. Zu guter Letzt muss die räumliche Anordnung linear sein; z.B.: -O-H · · · | .

Beachte, dass die H-Brücke nicht wie die kovalente Bindung mit einem Strich sondern mit (ca.) drei Punkten angedeutet wird.
Als Merkregel kann das Wort 'FöHN' verwendet werden. Beispiel einer Wasserstoffbrückenbindung zwischen zwei Wassermolekülen:

Textantwort:

1. a) HF ist polarer als HCl, weil … :
       HF: ΔEN 1.8 , HCl: ΔEN 1.4
       Daher: Sdp(HF) > Sdp(HCl)
       Experiment: Sdp(HF) = 20°C, Sdp(HCl) = -84°C,
2. b) H₂O polarer als H₂S, weil …
       H₂O: ΔEN 1.3 , H₂S: ΔEN 0.2
       Daher: Sdp(H₂O) > Sdp(H₂S)
       Experiment: Sdp(H₂O) = 100°C, Sdp(H₂S) = -60°C,

Textantwort:

{gelb: nicht polarer Teil}
{grün: polarer Teil}
{a) } H-C<`|H><|H>-C<`|H><|$bg(yellow,to:1;6)H>-$dots(TR)O|$bg(lime,to:8;8)H	{Substanz polar}
{b) } $slope(55)H\C<`/H>_(x1,N2)C<\$bg(yellow,to:1;1)H>/O$bg(lime,to:6;6)H	{Substanz polar}
{c) } H-C-C-C-C-C-$bg(yellow,to:1;6)C-$bg(lime,to:1;1)O-$bg(lime,to:1;1)H; $bg(yellow,to:1;7)H|#2|$bg(yellow,to:3;7)H; H|#3|H; H|#4|H; H|#5|H; H|#6|H; H|#7|H	{Substanz nicht polar}

Textantwort:

Musterlösung [hier] als pdf

{a) } H-$dots(TR)O|H	H_(x+1.5,y+0,>)O_(x,y+1.5,<)H	{Dipolmomenten heben sich nicht auf}	{ploar}
{b) } $dots(LbBlLtTl)O=C=$dots(TrRtRbBr)O	O_(x+1.4,y+0,<)C_(x+1.4,y+0,>)O	{Dipolmomenten heben sich auf}	{nicht ploar}
{c) } H/C`|$dots(LtTlTrRt)O|\H	C_(x,y-1.5,>)O	{Dipolmoment hebt sich nicht auf}	{ploar}
{d) } H-C<`|H><|H>-$dots(TR)O|H	C_(x+1.1,y,>)O_(x+0,y+1.5,<)H	{Dipolmomenten heben sich nicht auf}	{ploar}
{e) } H-C%C-H		{nur apolare C-H-Bindungen}	{nicht ploar}
{f) } $slope(55)H\C<`/H>_(x1,N2)C<\H>/H		{nur apolare C-H-Bindungen}	{nicht ploar}
{g) } H-C<`|H><|H>-$dots(RbBr)N/$dots(TR)O`/	C_(x+1.2,y+0,>)N_(x+1.1,y-1.3,>)O	{Dipolmomenten heben sich nicht auf}	{ploar}
{h) } H-C<`|H><|H>-$dots(TRB)F	C_(x+1.4,y+0,>)F	{Dipolmoment heben sich nicht auf}	{nicht ploar}
{i) } H-C<`|H><|H>-$dots(B)N<`|H>-H	C_(x+1.2,y+0,>)N<_(x,y-1.5,<)H>_(x+1.5,y,<)H	{Dipolmoment heben sich nicht auf}	{nicht ploar}

Textantwort:

Die Dipol-Dipol-Wechselwirkungen gehören zu den ZMK's. Weisen die Moleküle jeweils einen permanenten Dipol ('zwei Pole', bisschen negativ wie auch bisschen positiv geladen) auf, so können sie sich aufgrund ihres Dipolcharakters gegenseitig anziehen.

Textantwort:

Im ersten Schritt geht es darum, das Molekül korrekt zu zeichnen, inklusive Bindungswinkel. Danach wird jede Bindung einzeln betrachtet und aufgrund der EN-Werte der beteiligten Atom die Polaritätsrichtung entschieden. Dies indem vom elektropositiveren Atom zum elektronegativeren Atom die Polaritätsrichtung definiert sei. Im dritten Schritt werden die gezeichneten Pfeile ('Vektoren') addiert. Ergibt eine resultierende Kraft, so weist das Molekül einen (permanenten) Dipol auf. Oder auch anders gesagt: es ist polar. Als Vereinfachung gelte, dass C-H Bindungen üblicherweise für die Entscheidung nicht beigezogen werden müssen, da die EN-Werte der C resp. H-Atome praktisch identisch sind.

Textantwort:

Alle Moleküle sind nicht polar und können daher nur Van-der-Waals-Kräfte ausbilden. Somit gilt es die totale Anzahl der Elektronen pro Molekül zu bestimmen:

	Anzahl e–	Experiment Sdp.
H2	2	-253°C
Ne	10	-246°C
N2	14	-196°C
Cl2	34	-34°C
Br2	70	59°C
I2	106	186°C

Werden die Stoffe aufgrund der Anzahl der gesamente Elektronenanzahl sortiert, so ergibt sich die (nur experimentell zugängliche) Abfolge der Siedepunkte.

Textantwort:

Es kommen nur VdW-Kräfte vor, die Anzahl der Elektronen beträgt jeweils 2 Elektronen. Da die Anzahl der Elektronen gleich ist (oder für andere Beispiele sehr ähnlich wäre) muss in diesem Fall über die Oberfläche des H₂ resp. He eine Prognose gemacht.
Prinzipiell gilt ja, dass der Durchmesser (resp. Radius) eines Atoms im PSE von links nach rechts abnimmt, d.h. r(H) > r(He). Somit gilt natürlich auch folgendes: Oberfläche(H₂) > Oberfläche(He).
Da sich die Elektronen nun auf der grösseren Oberfläche besser verteilen können und somit die VdW-Kraft schwächer wird, gilt: Sdp(H₂) > Sdp(He) . Das Experiment bestätigt auch diese Vermutung (Sdp(H₂) = -253℃ Sdp(He) = -269℃

Textantwort:

Mittels der Ordnungszahl (=Anzahl Protonen) eines Elementes kann auf die Anzahl der Elektronen geschlossen werden: nämlich identisch bei neutralen Elementen, entsprechend angepasst bei negativer oder positiver Ladung.

1. C₆H₁₂O₆ → 6·6+12·1+6·8 = 96 Elektronen
2. C₃H₆O → 3·6+6·1+8 = 32 Elektronen
3. H₂O → 2·1+8 = 10 e^–
4. NaBr → 11+35 = 46 e^–
5. Na → 11 e^–
6. Na⁺ → 11-1= 10 e^–
7. H₃O⁺ → 3·1+8-1 = 10 e^–
8. CO2-3 6+3·8+2 = 32 e^–

Textantwort:

VdW-Kräfte beruhen auf Elektronen. Atome ohne Elektronen wären positv geladen (z.B. H⁺, He²⁺, Li³⁺ etc.), im Grunde genommen also wären nur die nackten Kerne vorhanden. Moleküle ohne Elektronen können keine gemacht werden, da für Bindungen ja explizit Elektronen gebraucht werden.

Textantwort:

Alle (neutrale) Atome sowie Moleküle sind von Elektronen umgeben. Diese negativ geladenen Elektronen umkreisen (im klassen Sinne) den positiv geladenen Kern. Da die Elektronen asymmetrisch verteilt sind ergeben sich kurzfristige Dipole, da die negative und postive Ladung sich geometrisch gesehen nicht komplett aufheben. Diese kurzfristigen Dipole beeinflussen (induzieren) weitere Atome resp. Moleküle.
Grob kann folgendes gesagt werden: je mehr Elektronen vorhanden sind umso grösser ist auch die VdW-Kraft.

Textantwort:

Die ganze Situation beginnt z.B. bei -10℃ Die zugeführte Wärme wird zuerst benötigt, um den Eiswürfel auf 0℃ zu erwärmen.
Bei 0℃ wird nun die zugeführte Wärme benötigt, um den Eiswürfel zu schmelzen. Zwischen 0℃ und 100℃ wird nun die zugeführte Wärme benötigt, um das flüssige Wasser zu erwärmen.
Ab 100℃ wird die zugeführte Wärme für das Überführen des Wasser vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.
Wird nun jedoch noch Kochsalz hinzugefügt, so siedet die Salzwassermischung nun bei mehr als 100℃ dies aufgrund der zusätzlichen Bindungen/Anziehungen zwischen den Kochsalzteilchen (Ionen) und dem polaren Wasser (Ion-Dipol-Wechselwirkungen)

Skizze [hier] als pdf

Textantwort:

Beim Verdampfen verliert ein Molekül (oder auch Atom) den Kontatkt zu den anderen Teilchen. Die Kräfte zwischen dem Molekülen sind zu klein, um die Bewegunsenergie (aufgrund der Temperatur) zu kompensieren. Somit verlässt das Teilchen den restlichen Verband.
Achtung … gefährlicher Mix zweier Ausdrücke: ZMK (Kraft) und Energie.
Ein einzelnes Teilchen kann also nicht 'sieden'

Textantwort:

a) fest → flüssig: schmelzen
b) flüssig → fest: erstarren
c) flüssig → gasförmig: verdampfen
d) gasförmig → flüssig: kondensieren
e) fest → gasförmig: sublimieren
f) gasförmig → fest: ressublimieren

Textantwort:

Im Prinzip geht es darum, dass geguckt wird, ob und welche der ZMK's der betreffende Stoff machen kann. Je mehr (verschiedene) ZMK's gebildet werden können, desto höher liegt auch sein Schmelz- resp. Siedepunkt. Es kann aber nicht auf den absoluten ('konkrete Zahl') Schmelz- resp. Siedepunkt geschlossen werden. Es können nur Vergleiche zwischen den verschiedenen Stoffe gemacht werden

Textantwort:

Das Wort ZMK ist eine Abkürzung für den Begriff Zwischenmolekulare Kräfte. Beachte, dass es wie im Wort gesagt um die Kräfte zwischen den Molekülen geht und nicht um die Kräfte innerhalb eines Moleküls. Je stärker diese Kräfte zwischen zwei Molekülen ist, desto schwerer kann ein einzelnes Molekül die Gemeinschaft verlassen (z.B. also verdampfen).
Und umgekehrt kann gesagt werden, je schwächer die ZMKs sind, umso kleiner wäre z.B. der Schmelzpunkt oder Siedepunkt. Die ZMK's sind praktisch, um qualitativ eine grobe Abschätzung der Mischbarkeiten, Siedepunkte, Fliesseigenschaften etc. von Molekülen machen zu können.

Textantwort:

bbb

Textantwort:

1. C: 6 e^– insgesamt, Schalen n=1: 2e^–, n=2: 4 e^–
   Valenzelektronen: 4

Textantwort:

1. C: 6p, 6e^– → 1s² 2s² 2p²
2. N: 7p, 7e^– → 1s²2s²2p³
3. Cu: 29p, 29e^– → 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁹
4. Na⁺:11p, 10e^– → 1s²2s²2p⁶
5. O^2-: 8p, 10e^– → 1s²2s²2p⁶
6. Ca²⁺: 20, 18e^– → 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶
7. 31e^– → 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p¹

Hinweis: ein Blick auf ein PSE zeigt eventuell eine andere Elektronenkonfiguration. Kupfer weist üblicherweise folgende Elektronenkonfiguration auf:
Cu: 29p, 29e^– → 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d¹⁰. Die unterschiedliche Besetzung der äussersten Orbitale (d¹⁰) kommt augrund weiterer Betrachtungen der Orbitalenergien. Solche Überlegungen / Betrachtungen sind aber erst Gegenstand der Uni-ETH.

Textantwort:

Noch nichts gemacht, siehe aber Unterricht

Textantwort:

Eigenschaft	Diamant	Graphit
Ausssehen	farblos / durchsichtig	schwarz – glänzend
Härte	sehr hart	weich
Spaltbarkeit	schwer	leicht
elektrische Leitfähigkeit	keine	gut
Dichte	3.5	2.3
Schmelztemperatur	schmilzt nicht	3700℃
Verwendung	Schmuck, Bohren	Schmiermittel, Elektroden, Bleistiftminen

Textantwort:

1. a) vier
2. b) Atombindungen
3. c) Härte
4. d) elektrischen Strom
5. e) Schichten
6. f) drei
7. g) 120 Grad
8. h) elektrische Leitfähigkeit
9. i) verschieben
10. j) weich

Textantwort:

Lösungshinweis: die Abfolge der Atome lautet H-O-N=C=O
Aufgabe by Pablo

Textantwort:

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Textantwort:

Ein Wasserstoffatom hat ein Valenzelektron und kann somit genau eine Bindung eingehen. Für Profis: Mehrzentrenbindungen werden nicht behandelt. 🙂

Textantwort:

Das wären die Valenzelektronen. Was nun Valenzelektronen überhaupt sind resp. wie deren Anzahl bestimmt wird ist an einer anderen Stelle erklärt.

Textantwort:

Dieser Wert entspricht schlussendlich einem Verhalten (:Elektronen einer kovalenten Bindungen an sich zu ziehen) und wird experimentell bestimmt. Der höchste Wert findet man für das Element Fluor und wurde (mehr oder weniger) willkürlich auf den Wert 4.0 angesetzt. Der EN-Wert ist im Periodensystem angegeben. Für Kohlenstoff beträgt dieser Wert ca. 2.5. Die Werte können sich je nach Periodensystem geringfügig unterscheiden.

Textantwort:

So kurz die Frage so lang die Antwort. Die Bestimmung der Formalladung bedarf der Klärung einiger Fragen:

1. Situation A: Wie viele Valenzelektronen ('VE') haben alle beteiligten Atome wenn sie isoliert (ohne Bindung) sind. Kohlenstoff hat 4 VE, Stickstoff 5 VE, Wasserstoff 1 VE
2. Situation B: Von der aktuellen Situation (Atome kovalent untereinander gebunden) wird eine Elektronenbilanz für jedes Atom erstellt: die nicht bindenden Elektronenpaare ergeben jeweils zwei Elektronenn, jede kovalente Bindung gibt zur Elektronenbilanz jeweils ein Elektron.
3. Nun werden beide Situationen A resp. B miteinander verglichen. Bilde nun die Differenz (der Elektronen) zwischen A und B, oder genauer: A-B. Das Resultat entspricht der Formalladung.
4. Beispiel: Ozon, O-Atom aussen, rechts: A: 6, B: 6, A-B = 0, d.h. das das rechte O-Atom keine Formalladung aufweist. Mittleres Atom: A: 6, B: 5, A-B=+1, dh. dass das mittlere O-Atom hätte eine (einfache) positive Ladung. O-Atom links: A: 6, B:7, A-B=-1, d.h., dass das linke O-Atom einen (einfache) negative Ladung hätte.

Textantwort:

Die Valenzelektronen sind diejenigen Elektronen, welche sich in der äussersten Schale befinden. Diese Anzahl kann aus dem Periodensystem entnommen werden, indem z.B. von links nach rechts gezählt wird. So weist z.B. Stickstoff 5 Valenzelektronen auf. Insgesamt hat es übrigens, da die Ordnungszahl 7 ist, 7 Protonen und somit im neutralen Zustand 7 Elektronen. Diese gesamte Zahl an Elektronen ist aber nicht zu verwechseln mit den Elektronen, welche sich nur in der äussersten Schale befinden: die Valenzelektronen.

Textantwort:

1. Istotop I: ¹⁰⁷Ag, 106.906 u, x %
2. Isotop II: ¹⁰⁹Ag, 108.905 u, y %
3. x % + y % = 100 %
4. y % = 100 % – x %
5. PSE: m(₄₇Ag) = 107.8662 u
6. x·106.906 u + (1-x)·108.905 u = 107.8662 u
7. nicht verlangt, aber als Übung, nach x auflösen ergäbe einen Wert von 51.966% für das Isotop I
       und 48.034% für das Isotop II

Textantwort:

1. Häufigkeit Isotop I: x, wobei x eine Zahl zwischen 0 (0%) und 1 (100%) wäre
2. Häufigkeit Isotop II: x
3. Somit hat das Isotop III die Häufigkeit (1-2x)
4. Zu erwartendes Molmasse: x·M(Isotop I) + x·M(Isotop II) + (1-2x)·M(Isotop III)

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