Übungen zur Vorlesung Anorganische und Allgemeine Chemie für

Übungen zur Vorlesung Anorganische und Allgemeine Chemie
für BOE Studierende im Wintersemester 2010/11
Übungsblatt 3 (9 Aufgaben)
1) Erklären Sie folgende Begriffe:
Ordnungszahl, Massenzahl, Nukleon, Isotop, Atommasse, durchschnittliche Atommasse
(Atomgewicht), Atommasseneinheit (ame, u)
2) Magnesium hat drei Isotope mit den Massenzahlen 24, 25 und 26. Geben Sie die vollständigen chemischen Symbole dieser Isotope sowie die Anzahl der Neutronen in diesen
Isotopen an.
3) Die Masse eines α-Teilchens beträgt 4,00150 u. Dies ist weniger als die Summe der
Massen der einzelnen Nukleonen (Protonenmasse 1,00728 u; Neutronenmasse 1,00866 u).
Erklären Sie diesen Befund. Mithilfe der Einstein-Gleichung E = Δm·c2 kann man diesen
Massendefekt umrechnen. Vergleichen Sie die berechnete Energie mit typischen kovalenten
Bindungsenergien (150-1000 kJ/mol).
4) Mithilfe eines Massenspektrometers können Atom- und Molekülmassen mit hoher
Genauigkeit gemessen werden. Hierzu wird die Probe verdampft und durch Beschuß mit
Elektronen ionisiert. Die geladenen Teilchen werden in einem elektrischen Feld beschleunigt
und anschließend in einem Magnetfeld nach ihrer Masse getrennt.
a) Die relative Atommasse von Chlor beträgt 35,5 u. Im Massenspektrum von Cl ist an dieser
Stelle jedoch kein Signal zu sehen. Erklären Sie diesen Befund.
b) Im Massenspektrum eines Phosphoratoms ist nur ein einziges Signal bei einer Masse von
31 vorhanden. Was können Sie aus dieser Beobachtung schließen?
5) Das Element Blei (Pb) besteht aus vier natürlich vorkommenden Isotopen mit den
Atommassen 203,97302; 205,97444; 206,975878 und 207,97663 u. Die relativen
Häufigkeiten dieser vier Isotope betragen jeweils 1,4; 24,1; 22,1 und 52,4%. Berechnen Sie
die relative Atommasse von Blei.
6) Ergänzen Sie die Lücken der folgenden Tabelle.
59
Symbol
Co3+
Protonen
34
76
Neutronen
46
116
Elektronen
36
Nettoladung
2+
80
120
78
53
74
1–
Benötigte Gleichungen für Aufgabe 7 und 8: t1/2 = ln 2 / k; ln (N0/N) = k t
7) Das Isotop 210
83 Bi zerfällt unter β-Zerfall zu
12,5 mg übrig.
210
84
Po . Von 50 mg Bi sind nach 10 d noch
Wie groß sind a) die Zerfallskonstante k und b) die Halbwertszeit t1/2 ?
c) Welche Menge ist nach 30 h noch vorhanden?
8) Die Radiokarbonmethode zur Datierung kohlenstoffhaltiger Materialien wurde 1947 von
W. F. Libby entwickelt, der dafür 1960 den Nobelpreis erhielt.
a) Erklären Sie das dieser Altersbestimmung zugrunde liegende Prinzip.
b) Wie wird das erforderliche Isotop 14C (t1/2 = 5730 a) natürlich gebildet?
c) Warum können Gegenstände, die älter als etwa 50000 Jahre sind mit dieser Methode nicht
mehr zuverlässig datiert werden?
d) Bei Ausgrabungen einer steinzeitlichen Höhle wurden Kohlenstoffreste in einer Feuerstelle
entdeckt, die eine Aktivität von 3,4 Zerfällen/min/g C zeigen. Wann wurde hier zuletzt
gekocht, wenn die Aktivität von frisch hergestellter Holzkohle 16 Zerfälle/min/g beträgt?
9) Berechnen Sie mit Hilfe des Born-Haber-Kreisprozesses und den folgenden Angaben die
Gitterenergie von Calciumoxid.
Bildungsenthalpie von CaO: –636 kJ/mol
Sublimationsentalpie von Ca: 192 kJ/mol
1. und 2. Ionisierungsenthalpie von Ca: 590 und 1145 kJ/mol
Dissoziationsenthalpie von O2-Molekülen: 494 kJ/mol
1. und 2. Elektronenaffinität von O-Atomen: –141 und 845 kJ/mol