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Flache Illustration: ein Häufchen weißer, würfelförmiger Salzkristalle neben einem Glas Wasser, im Hintergrund rosa und orange Flächen.

Chemie · Niedersachsen · Sek I

Ionen, Ionenbindung und Salze

Eine Unterrichtsreihe für Klasse 9 und 10 zu Ionen und Salzen. Die Schülerinnen und Schüler schließen aus Leitfähigkeitsversuchen auf bewegliche Ionen, deuten die Bildung von Natriumchlorid als Elektronenübertragung und beschreiben Ionenbindung und Ionengitter. Sie leiten Verhältnisformeln aus Ionenladungen her, erklären Eigenschaften und Lösevorgänge von Salzen mit Gitter- und Hydratationsenergie und weisen Halogenid- und Alkalimetall-Ionen nach.

Klassen
9–10
Schulformen
Gymnasium, Oberschule
Umfang
6 Unterrichtsstunden
Fach
Chemie
Bundesland
Niedersachsen
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Lernziele

  • Die Schülerinnen und Schüler schließen aus elektrischen Leitfähigkeitsexperimenten auf die Existenz und Beweglichkeit von Ionen.
  • Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Atome und Ionen und beschreiben die Salzbildung als Elektronenübertragung.
  • Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Ionenbindung und das Ionengitter und stellen Verhältnisformeln von Salzen auf.
  • Die Schülerinnen und Schüler erklären Eigenschaften und Löslichkeit von Salzen und beschreiben die Energiebilanz des Lösevorgangs mit Gitter- und Hydratationsenergie.
  • Die Schülerinnen und Schüler führen Nachweisreaktionen für Halogenid-Ionen und Alkalimetall-Ionen durch und führen sie auf bestimmte Teilchen zurück.

Bezug zum Kerncurriculum

Kerncurriculum für das Gymnasium Schuljahrgänge 5–10 Naturwissenschaften (Niedersachsen, 2015), Teil Chemie

  • Inhaltsbereich: Struktur-Eigenschafts-Konzept
  • Kompetenzerwartung: unterscheiden mithilfe eines differenzierten Atommodells zwischen Atomen und Ionen.
  • Kompetenzerwartung: schlussfolgern aus Experimenten, dass geladene und ungeladene Teilchen existieren.
  • Kompetenzerwartung: schließen aus elektrischen Leitfähigkeitsexperimenten auf die Beweglichkeit von Ionen.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben Redoxreaktionen als Elektronenübertragungsreaktionen.
  • Kompetenzerwartung: erklären die Eigenschaften von Ionen- und Molekülverbindungen anhand von Bindungsmodellen.
  • Kompetenzerwartung: wenden sicher die Begriffe Atom, Ion, Molekül, Ionenbindung, Atombindung/Elektronenpaarbindung an.
  • Kompetenzerwartung: erklären die Löslichkeit von Salzen in Wasser.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben Lösungsvorgänge durch Spaltung und Bildung von Bindungen und Wechselwirkungen.
  • Kompetenzerwartung: beschreiben mithilfe der Gitterenergie und der Hydratationsenergie die Energiebilanz des Lösevorgangs von Salzen.
  • Kompetenzerwartung: führen Experimente zu Lösungsvorgängen durch.
  • Kompetenzerwartung: führen Nachweisreaktionen auf das Vorhandensein von bestimmten Teilchen zurück.
  • Kompetenzerwartung: führen qualitative Nachweisreaktionen zu Alkalimetallen/Alkalimetallverbindungen und Halogeniden durch.
  • Kompetenzerwartung: erkennen Lösungsvorgänge von Salzen in ihrem Alltag.

Ablauf

  1. Abschnitt 1

    Ionen und elektrische Leitfähigkeit

    Leitfähigkeitsversuch mit Zucker- und Salzlösung, Kationen und Anionen, Ionenbildung mit Edelgaskonfiguration, Namen der Anionen.

    • Lektion

      Ionen: elektrische Leitfähigkeit von Salzlösungen

      Elektrische Geräte haben im Badezimmer nichts zu suchen, weil Wasser „den Strom leitet“. Prüfst du das genau nach, erlebst du eine Überraschung…

    • Aufgabe

      Leitfähigkeit protokollieren

      Untersuche nach Anleitung die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser, Leitungswasser, Zuckerlösung, festem Kochsalz und Kochsalzlösung (Kleinspannung, Schutzbrille).

      1. Notiere die Ergebnisse in einer Tabelle.
      2. Erkläre jedes Ergebnis auf der Teilchenebene.
      3. Formuliere einen Merksatz: Wann leitet ein Stoff aus Ionen den Strom?

  2. Abschnitt 2

    Ionenbindung und Ionengitter

    Natrium und Chlor reagieren zu Natriumchlorid, Elektronenübertragung, Oxidation und Reduktion, Ionenbindung, Ionengitter, Koordinationszahl.

  3. Abschnitt 3

    Verhältnisformeln und Namen von Salzen

    Ladungsausgleich, Verhältnisformeln herleiten, Namen mit -id, Molekül-Ionen wie Hydroxid, Nitrat, Carbonat und Sulfat.

    • Lektion

      Verhältnisformeln von Salzen aufstellen

      Auf einer Packung Streusalz für den Winter steht „Calciumchlorid“, auf Zahnpasta „Natriumfluorid“, auf einer Kreidepackung „Calciumcarbonat“, auf…

    • Merkhilfe

      Erst die Ladungen aus dem Periodensystem ablesen, dann ausgleichen, dann kürzen. Die Ladungen selbst stehen nicht in der Verhältnisformel.

  4. Abschnitt 4

    Eigenschaften und Lösen von Salzen

    Schmelztemperatur, Härte und Sprödigkeit, Hydratation, Gitterenergie und Hydratationsenergie, exothermes und endothermes Lösen.

  5. Abschnitt 5

    Nachweis von Ionen und Selbsttest

    Halogenid-Nachweis mit Silbernitrat, Ionengleichungen, Flammenfärbung, Blindprobe, Selbsttest zur Reihe.

    • Lektion

      Nachweis von Chlorid-Ionen und Flammenfärbung

      Auf einem Mineralwasser steht „natriumarm“, ein anderes wirbt mit viel Chlorid. Eine Wasserprobe aus einem Brunnen in Küstennähe soll auf Salz…

    • Aufgabe

      Wasserproben untersuchen

      Untersuche mindestens drei Wasserproben (zum Beispiel Leitungswasser, zwei Mineralwässer) und destilliertes Wasser als Blindprobe mit Silbernitratlösung. Schutzbrille und Handschuhe, Reste in den Schwermetallbehälter.

      1. Ordne die Proben nach der Stärke der Trübung.
      2. Vergleiche mit den Chloridangaben auf den Etiketten.
      3. Erkläre, wozu die Blindprobe dient.

Hinweise für Lehrkräfte

Einordnung in das Kerncurriculum

Am Gymnasium (KC 2015) gehören Atom und Ion, Ionenbindung, Eigenschaften von Ionenverbindungen, Löslichkeit von Salzen mit Gitter- und Hydratationsenergie, Leitfähigkeitsexperimente, Redoxreaktionen als Elektronenübertragung und Nachweisreaktionen für Alkalimetall- und Halogenid-Ionen zum Doppeljahrgang 9/10. Im Oberschul-Kerncurriculum (2013) stehen Atom und Ion, Bildung von Ionen, Ionenbindung, Eigenschaften der Stoffe nach Bindungsmodellen und Reaktionsgleichungen in Ionenschreibweise ebenfalls in 9/10. Gitter- und Hydratationsenergie verlangt nur das Gymnasium; an der Oberschule können Sie Lektion 4 auf das qualitative Lösen beschränken.

Die Reihe setzt das Schalenmodell und die Edelgaskonfiguration voraus (Reihe „Atombau und Periodensystem“).

Zeitplan (6 Stunden)

StundeAbschnitt
1Leitfähigkeit, Ionen, Ionenbildung
2Natriumchlorid-Synthese, Elektronenübertragung, Ionenbindung, Ionengitter
3Verhältnisformeln, Namen, Molekül-Ionen
4Eigenschaften von Salzen, Lösen, Energiebilanz
5–6Nachweisreaktionen, Selbsttest

Sicherheit (RiSU, Gefährdungsbeurteilung)

  • Natrium mit Chlor: ausschließlich Lehrerversuch im Abzug mit kleinsten Mengen, oder als Video. Chlor ist giftig, Natrium reagiert heftig mit Wasser.
  • Leitfähigkeit: nur Kleinspannung aus Schulnetzgeräten. Bei längerer Elektrolyse von Kochsalzlösung entsteht Chlor an der Anode: kurz messen, lüften. Kochsalzschmelze nur als Lehrerversuch oder Video.
  • Calciumchlorid, wasserfrei: GHS07, H319, Schutzbrille. Kaliumchlorid und Natriumchlorid sind nicht eingestuft.
  • Silbernitratlösung: nur stark verdünnt (zum Beispiel 0,1 mol/L) aus Tropfflaschen, Schutzbrille und Handschuhe. Prüfen Sie die Einstufung Ihrer Lösung im Sicherheitsdatenblatt. Silberhaltige Reste getrennt als Schwermetallabfall sammeln.
  • Flammenfärbung: Natrium- und Kaliumchlorid als Schülerversuch. Lithium-, Kupfer-, Strontium- und Bariumsalze sind eingestuft und gehören in den Lehrerversuch.
  • Kupfersulfat (Ionenwanderung, Übung in Lektion 1) ist gesundheitsschädlich und umweltgefährlich: nur Tropfenmengen, Handschuhe, getrennte Entsorgung.

Typische Fehlvorstellungen

  • Salze bestehen aus Molekülen (NaCl-Molekül mit Bindungsstrich). Die Ionenbindung ist ungerichtet, die Formel ist eine Verhältnisformel.
  • Natrium und Chlor sind im Kochsalz noch enthalten. Die Stoffe nicht, nur die Elemente in Form von Ionen.
  • Ionen entstehen erst beim Lösen. Sie liegen schon im Gitter vor.
  • Wasser leitet den Strom. Erst gelöste Ionen machen Wasser leitfähig.
  • Beim Lösen reagiert das Salz mit Wasser. Hydratation, kein neuer Stoff.
  • Die Ionenladung ist die Zahl der Elektronen. Sie ist die Differenz aus Protonen und Elektronen.

Differenzierung

  • Grundlegend: Ionenladungen mit PSE-Ausschnitt, Formelkärtchen zum Legen, Ladungsausgleich mit Plus- und Minusplättchen.
  • Erweitert: Molekül-Ionen mit Klammern, Eisen-Ionen mit zwei Ladungen, quantitative Energiebilanz mit gegebenen Gitter- und Hydratationsenthalpien.

Prozessbezogene Kompetenzen

Erkenntnisgewinnung: aus Leitfähigkeitsexperimenten auf bewegliche Ionen schließen, Nachweisreaktionen durchführen, Experimente zu Lösevorgängen, Bindungsmodelle anwenden. Kommunikation: Begriffe Atom, Ion, Molekül und Ionenbindung sicher verwenden, Ionengleichungen. Bewertung: Lösungsvorgänge im Alltag (Streusalz, Kühlkompressen), Bezüge zur Physik (Leitfähigkeit).

Häufige Fragen

In welcher Klasse wird die Ionenbindung in Niedersachsen unterrichtet?

Am Gymnasium und an der Oberschule im Doppeljahrgang 9/10, meist nach dem Atombau und dem Schalenmodell.

Brauche ich Natrium und Chlor für die Reihe?

Nein. Die Synthese von Natriumchlorid können Sie als Video zeigen. Alle Schülerversuche kommen mit Salzen, Silbernitratlösung in Tropfmengen und Kleinspannung aus.

Passt die Reihe für die Oberschule?

Ja. Ionenbildung, Ionenbindung und Eigenschaften der Salze verlangt auch das Oberschul-Kerncurriculum. Gitter- und Hydratationsenergie in Lektion 4 können Sie dort weglassen.

Wie viele Stunden plane ich ein?

Sechs Unterrichtsstunden. Mit der Wasseranalyse als Projekt eine bis zwei Stunden mehr.

Quellen

Bildnachweise

  • Titelbild: KI-generiert
  • Schalenmodelle: oben Natriumatom (2, 8, 1) und Chloratom (2, 8, 7), ein Pfeil führt das äußere Natriumelektron zum Chlor. Unten Natrium-Ion (2, 8) und Chlorid-Ion (2, 8, 8).: Eigene Darstellung
  • Würfelförmiger Ausschnitt aus dem Natriumchlorid-Gitter: abwechselnd kleine violette Kugeln (Natrium-Ionen) und große grüne Kugeln (Chlorid-Ionen) an den Ecken, Kanten und Flächen eines Würfels, verbunden durch dünne Linien.: Eigene Darstellung

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