Ein Blick auf das Ergebnis unseres Versuchs
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Ich bin gespannt. Wie sieht das Ergebnis unseres Versuchs mit der Kochsalzlösung aus? Fotografiere einmal das Ergebnis.
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Ergänze mit diesem Bild und einem kurzem Text dein Versuchsprotokoll unter den beiden Überschriften Beobachtung und Auswertung.
Aufgaben
- Stelle den Prozess der Salzkristallbildung mit Hilfe der Teilchen-Modelle aus M1 auf dem Whiteboard dar, in dem du
- die Teilchen-Modelle ähnlich wie in Abb. 2 so anordnest, dass sie eine Kochsalzlösung auf Teilchenebene darstellen und
- ausgehend davon für zwei spätere Momente, in denen weniger und dann gar keine Wasserteilchen mehr vorhanden sind, die Teilchen sinnvoll neu anordnest.
- Fotografiere die drei von dir erstellten Modelle und füge die Bilder unter deinem Versuchsprotokoll ein.
- Schreibe zu jedem Bild einen erläuternden Text, der u. a. die Begriffe Wassermoleküle, Anionen, Kationen, Gitter, Struktur, anziehen enthält.
- Bereite dich darauf vor, das Ganze zu präsentieren und zu erläutern.
Schon fertig?
- Öffne M2. Beschreibe die Anordnung der Ionen im Ionengitter in Abb. 3 und bestimme die Anzahl der jeweiligen Nachbar-Ionen um ein Kation bzw. Anion. Nutze dazu auch das 3D Modell.
- Erkläre die Stabilität eines Kristalls mit dem Modell.
- „Bei Molekülen wirken gerichtete Bindungen zwischen Atomen. Dies führt zu einer Molekülgestalt. Bei Ionengittern wirken ungerichtete elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Ionen, die zu einer Gitterstruktur führen.“ Erkläre diese Aussagen.
Modelle einfacher Ionengitter
2D Modell
So könnte das Gitter aussehen1
3D Modell
Du kannst von Karlottenmodell auf Kugel-Stab umstellen, dann kannst du „hinein sehen“.
Die Stäbe stehen hier aber nicht für eine Elektronenpaarbindung. Sie sollen nur zeigen, dass die Ionen sich anziehen.
Wir merken uns
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Es gibt Salzlösungen. Auf Teilchenebene sind die Ionen dort von Wasserteilchen hydratisiert. Die Hydrathülle stabilisiert die Ionen. Die Anziehungskraft zwischen den Wasserteilchen und den Ionen nennt man „Ionen-Dipol-Wechselwirkung“.
Und es gibt Salzkristalle. Da sind die Ionen in einem Ionengitter angeordnet. Die Anziehung zwischen den Kationen und Anionen sorgt für Stabilität. Die Verbindung zwischen den Ionen beruht auf elektrostatischen Anziehungskräften. Man nennt diese Verbindung Ionenbindung.
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Man kann Ionen auch in einer sogenannten Ionenfalle stabil „gefangen halten“. Total abgefahren und nichts, was man in der Schule wissen müsste, aber sehr cool.
Das Prinzip einer Ionenfalle in einer modellhaften Darstellung.2
In einer Ionenfalle können Forschende einzelne Ionen im Vakuum festhalten.
Dazu werden elektrische Felder zwischen mehreren Elektroden erzeugt.
Da Ionen elektrisch geladen sind, wirken auf sie Kräfte durch diese Felder. So bleibt das Ion in der Mitte der Falle „gefangen“
In einer Ionenfalle werden einzelne Ionen im Hochvakuum untersucht.
Zuerst müssen die Ionen erzeugt werden, zum Beispiel indem Atomen oder Molekülen Elektronen entzogen werden.
Anschließend gelangen die Ionen in eine Kammer mit fast keinem Gas (Vakuum). Dadurch stoßen sie kaum mit anderen Teilchen zusammen.
Mehrere Elektroden um das Ion herum erzeugen elektrische Felder.
Diese Felder wechseln sehr schnell ihre Richtung. Dabei sind immer zwei gegenüberliegende Elektroden gleich geladen.
Durch diesen schnellen Wechsel der Felder wird das Ion immer wieder zur Mitte der Falle zurückgelenkt.
Das Ion bewegt sich dabei nicht völlig ruhig, sondern führt eine kleine Zitterbewegung aus. Trotzdem bleibt es insgesamt in der Mitte der Falle eingeschlossen.
In einer solchen Ionenfalle können Forschende einzelne Ionen sehr genau untersuchen, zum Beispiel:
- ihre Masse
- ihre Struktur
- ihre Reaktionen mit anderen Teilchen
- ihre Energiezustände
Solche Experimente helfen, die Eigenschaften von Atomen, Molekülen und Ionen besser zu verstehen. Mit Ionenfallen gelingt es zum Beispiel Forschenden im Bereich der Astrophysik am l. Physikalischen Institut der Universität zu Köln einzelne Ionen auf der Erde ganz genau zu untersuchen. Da man man über Teleskope Signale von vielen entlegenen Stellen aus dem Weltraum empfangen und diese auch „lesen“ kann, weiß man dann u. a., ob es solche Ionen dort im Weltraum auch gibt oder wie sie dort mit anderen Teilchen reagieren!