6 Fragen zu Sauerstoffatome

Bei der elektrolytischen Herstellung von Natriumperchlorat (NaClO₄) aus Natriumchlorat (NaClO₃) erfolgt die Sauerstoffanlagerung an die Chloratome durch eine elektrochemische Oxidation. Der Prozess läuft in einer elektrolytischen Zelle ab, in der Natriumchlorat in einer wässrigen Lösung als Elektrolyt dient. Hier ist eine vereinfachte Darstellung des Prozesses: 1. **Anodische Oxidation**: An der Anode (positiver Pol) wird Natriumchlorat (NaClO₃) oxidiert. Dabei wird ein Sauerstoffatom an das Chloratom gebunden, wodurch Natriumperchlorat (NaClO₄) entsteht. Die Reaktionsgleichung an der Anode lautet: \[ \text{ClO}_3^- \rightarrow \text{ClO}_4^- + 2e^- \] 2. **Kathodische Reduktion**: An der Kathode (negativer Pol) findet die Reduktion von Wasser oder anderen möglichen Reduktionsmitteln statt, wobei Wasserstoffgas (H₂) und Hydroxidionen (OH⁻) entstehen. Die Reaktionsgleichung an der Kathode lautet: \[ 2\text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2 + 2\text{OH}^- \] 3. **Gesamtreaktion**: Die Gesamtreaktion der elektrolytischen Herstellung von Natriumperchlorat kann wie folgt zusammengefasst werden: \[ \text{NaClO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NaClO}_4 + \text{H}_2 \] Durch die angelegte elektrische Spannung wird die Energie bereitgestellt, die notwendig ist, um die Oxidation von Chlorat zu Perchlorat zu ermöglichen. Die Sauerstoffatome stammen aus der wässrigen Lösung und werden durch die elektrochemische Reaktion an das Chloratom gebunden.

Bei der Herstellung von Natriumperchlorat (NaClO₄) reagieren Sauerstoffatome mit dem Chloratom aufgrund der chemischen Eigenschaften und der Elektronegativität der beteiligten Elemente. Chlor kann in verschiedenen Oxidationsstufen existieren, und in Natriumperchlorat hat Chlor die höchste Oxidationsstufe von +7. Während des Herstellungsprozesses wird Chlor in eine Umgebung gebracht, in der es oxidiert wird, typischerweise durch elektrochemische Methoden oder durch Reaktionen mit starken Oxidationsmitteln. Sauerstoffatome, die in der Umgebung vorhanden sind oder durch die Reaktion freigesetzt werden, binden sich an das Chloratom, um die stabile Perchloratstruktur zu bilden. Die hohe Elektronegativität des Sauerstoffs und die Fähigkeit des Chlors, mehrere Bindungen einzugehen, führen dazu, dass vier Sauerstoffatome an ein Chloratom binden und das Perchlorat-Ion (ClO₄⁻) bilden. Diese Bindung ist energetisch günstig und führt zu einem stabilen Endprodukt.

Um die Anzahl der Sauerstoffatome in 3 Gramm Chlordioxid (ClO₂) zu berechnen, gehen wir wie folgt vor: 1. **Molare Masse von Chlordioxid (ClO₂)**: - Chlor (Cl): ca 35,5/mol -stoff (O): ca.16 g/mol - Molare Masse ClO₂ = ,5 g/mol + 2 × 16 g/mol = 35,5 g/mol + 32 g/mol = 67,5 g/mol 2. **Berechnung der Stoffmenge (n)**: - n = Masse / molare Masse = 3 g / 67,5 g/mol ≈ 0,0444 mol 3. **Anzahl der Sauerstoffatome**: - In einem Molekül Chlordioxid sind 2 Sauerstoffatome enthalten. - Daher enthält 1 mol ClO₂ = 2 mol O. - Für 0,0444 mol ClO₂ gibt es 0,0444 mol × 2 = 0,0888 mol O. 4. **Umrechnung in Atome**: - 1 mol enthält etwa \(6,022 \times 10^{23}\) Teilchen (Avogadro-Zahl). - Anzahl der Sauerstoffatome = 0,0888 mol × \(6,022 \times 10^{23}\) Atome/mol ≈ \(5,34 \times 10^{22}\) Atome. In 3 Gramm Chlordioxid sind also ungefähr \(5,34 \times 10^{22}\) Sauerstoffatome enthalten.

Um die Anzahl der Eisen- und Sauerstoffatome in 79,8 g roten Eisenoxid (Fe₂O₃) zu ermitteln, gehen wir wie folgt vor: 1. **Molare Masse von Fe₂O₃ berechnen**: - Eisen (Fe): 55,85 g/mol - Sauerstoff (O): 16,00 g/mol - Molare Masse von Fe₂O₃ = (2 × 55,85 g/mol) + (3 × 16,00 g/mol) = 159,7 g/mol 2. **Anzahl der Mol in 79,8 g Fe₂O₃ berechnen**: \[ \text{Anzahl der Mol} = \frac{\text{Masse}}{\text{Molare Masse}} = \frac{79,8 \, \text{g}}{159,7 \, \text{g/mol}} \approx 0,499 \, \text{mol} \] 3. **Anzahl der Formeleinheiten in 0,499 mol Fe₂O₃ berechnen**: - Eine Mol enthält \(6,022 \times 10^{23}\) Formeleinheiten (Avogadro-Zahl). \[ \text{Anzahl der Formeleinheiten} = 0,499 \, \text{mol} \times 6,022 \times 10^{23} \, \text{Formeleinheiten/mol} \approx 3,00 \times 10^{23} \, \text{Formeleinheiten} \] 4. **Anzahl der Eisen- und Sauerstoffatome pro Formeleinheit**: - In einer Formeleinheit Fe₂O₃ gibt es 2 Eisenatome und 3 Sauerstoffatome. 5. **Gesamtanzahl der Atome berechnen**: - Eisenatome: \(3,00 \times 10^{23} \, \text{Formeleinheiten} \times 2 \, \text{Eisenatome/Formeleinheit} \approx 6,00 \times 10^{23} \, \text{Eisenatome}\) - Sauerstoffatome: \(3,00 \times 10^{23} \, \text{Formeleinheiten} \times 3 \, \text{Sauerstoffatome/Formeleinheit} \approx 9,00 \times 10^{23} \, \text{Sauerstoffatome}\) Zusammenfassend enthält eine Portion von 79,8 g roten Eisenoxid etwa \(6,00 \times 10^{23}\) Eisenatome und \(9,00 \times 10^{23}\) Sauerstoffatome.

Um die Anzahl der Eisen- und Sauerstoffatome in 79,8 g rotem Eisenoxid (Fe₂O₃) zu ermitteln, folge diesen Schritten: 1. **Molare Masse berechnen**: - Eisen (Fe) hat eine molare Masse von etwa 55,85 g/mol. - Sauerstoff (O) hat molare Masse von etwa 16,00 g/mol. - Für Fe₂O₃: - 2 * 55,85 g/mol (Eisen) + 3 * 16,00 g/mol (Sauerstoff) = 159,7 g/mol. 2. **Menge in Mol umrechnen**: - Du hast 79,8 g Fe₂O₃. Um die Anzahl der Mol zu berechnen, teile die Masse durch die molare Masse: \[ \text{Mol Fe₂O₃} = \frac{79,8 \, \text{g}}{159,7 \, \text{g/mol}} \approx 0,499 \, \text{mol}. \] 3. **Anzahl der Atome berechnen**: - In einem Mol befinden sich etwa \(6,022 \times 10^{23}\) Teilchen (Avogadro-Zahl). - Fe₂O₃ enthält 2 Eisenatome und 3 Sauerstoffatome pro Formel-Einheit. - Für 0,499 mol Fe₂O₃: - Eisenatome: \(0,499 \, \text{mol} \times 2 \, \text{Atome/Fe₂O₃} \times 6,022 \times 10^{23} \, \text{Atome/mol} \approx 6,01 \times 10^{23} \, \text{Eisenatome}\). - Sauerstoffatome: \(0,499 \, \text{mol} \times 3 \, \text{Atome/Fe₂O₃} \times 6,022 \times 10^{23} \, \text{Atome/mol} \approx 9,02 \times 10^{23} \, \text{Sauerstoffatome}\). Zusammengefasst: In 79,8 g rotem Eisenoxid (Fe₂O₃) sind etwa \(6,01 \times 10^{23}\) Eisenatome und \(9,02 \times 10^{23}\) Sauerstoffatome enthalten.

Um die Anzahl der Eisen- und Sauerstoffatome in 79,8 g rotem Eisenoxid (Fe₂O₃) zu ermitteln, gehen wir Schritt für Schritt vor. 1. **Was ist rotes Eisenoxid?** Rotes Eisen hat die chemische Fe₂O₃. Das bedeutet dass in einem Mole von rotem Eisenoxid zwei Eisenatome (Fe) und drei Sauerstoffatome (O) enthalten sind. 2. **Molare Masse berechnen:** Um herauszufinden, wie viele Moleküle in 79,8 g enthalten sind, müssen wir zuerst die molare Masse von Fe₂O₃ berechnen. - Die molare Masse von Eisen (Fe) ist etwa 55,85 g/mol. - Die molare Masse von Sauerstoff (O) ist etwa 16,00 g/mol. - Für Fe₂O₃: - 2 * 55,85 g/mol (für Eisen) = 111,70 g/mol - 3 * 16,00 g/mol (für Sauerstoff) = 48,00 g/mol - Gesamt: 111,70 g/mol + 48,00 g/mol = 159,70 g/mol 3. **Mole berechnen:** Jetzt teilen wir die Masse von rotem Eisenoxid durch die molare Masse, um die Anzahl der Mole zu finden: \[ \text{Anzahl der Mole} = \frac{79,8 \text{ g}}{159,70 \text{ g/mol}} \approx 0,499 \text{ mol} \] 4. **Anzahl der Atome berechnen:** Jedes Molekül Fe₂O₃ hat 2 Eisenatome und 3 Sauerstoffatome. Das bedeutet: - Für Eisen: \[ 0,499 \text{ mol} \times 2 = 0,998 \text{ mol Fe} \] - Für Sauerstoff: \[ 0,499 \text{ mol} \times 3 = 1,497 \text{ mol O} \] 5. **Anzahl der Atome in Mol umrechnen:** Ein Mol enthält etwa \(6,022 \times 10^{23}\) Teilchen (Avogadro-Zahl). - Für Eisen: \[ 0,998 \text{ mol} \times 6,022 \times 10^{23} \approx 6,01 \times 10^{23} \text{ Atome Fe} \] - Für Sauerstoff: \[ 1,497 \text{ mol} \times 6,022 \times 10^{23} \approx 9,00 \times 10^{23} \text{ Atome O} \] **Zusammenfassung:** In 79,8 g rotem Eisenoxid sind etwa \(6,01 \times 10^{23}\) Eisenatome und \(9,00 \times 10^{23}\) Sauerstoffatome enthalten.