Allgemeine Chemie
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Alt 17.02.2007, 21:58   #1   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Welche dieser Substanzen leiten. ich habe mir folgende überlegungn gemacht, wobei zum H2O bin ich zu keiner antwort gekommen.
Ge, H20, Hg, Br2.

Ge ist ein Halbleiter und leitet somit nur unter bestimmten Voraussetzungen den elektrischen Strom.
Die Leitfähigkeit von Ge lässt sich am besten am Energiebändermodel erklären.
Im Gegensatz zu Metallen nimmt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu, weil so mehr Elektronen aus dem Valenzband über die verbotene Zone ins Leitungsband springen. Abhängig von der Gitterenergie ist die verbotene Zone groß (Diamantgitter = 5 eV) oder klein. Die Fermi-Energie setzt eine obere Grenze fest. Nur Elektronen die knapp unter der Fermi-Energie sind können ins Leitungsband gelangen. Erhöht man die Temperatur so erreichen mehr und mehr Elektronen das Energieniveau der Fermi-Energie und somit können mehr und mehr Elektronen ins Leitungsband gelangen. Zwar werden die Elektronen durch die steigende Temperatur abgebremst, weil sie öfters zusammenstoßen, aber dafür gelangen auch mehr Elektronen ins Leitungsband. Es gibt einmal einen Stromfluss im Leitungsband und einem einen im Valenzband. Im Valenzband kommt es zu einer Löcherbewegung, die die entgegengesetzte Richtung hat, wie die Elektronenbewegung.


Hg ist ein Metall und leitet den Strom gut. Mit steigender Temperatur nimmt die Leitfähigkeit ab, da die Elektronen öfters miteinander zusammenstoßen und mit den positiven Ionenrümpfen die durch die steigende Temperatur stärker zu schwingen beginnen. Um die positiven Ionenrümpfe gibt es freie Elektronen die das Elektronengas darstellen und frei beweglich sind. legt man eine Spannung an so kommt es zum elektronenfluss. Durch das Elektronengas ist Metall biegbar.


Br2 ist ein nichtleiter. Es befindet sich bei den halogenen. der abstand zwischen valenzband und leitungsband ist zu groß. zudem besitzt Br2 keine freien Elektronen die zum stromfluss bereitgestellt werden könnten.

und was das H20 angeht, da weiß man ja das Wasser leitet aber mir fällt keine begründung ein.
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.02.2007, 22:08   #2   Druckbare Version zeigen
Rosentod Männlich
Moderator
Beiträge: 9.244
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Zitat:
Zitat von ChemieErstSemester Beitrag anzeigen
und was das H20 angeht, da weiß man ja das Wasser leitet aber mir fällt keine begründung ein.
reines Wasser: 5 · 10-6 S/m (wird oft auch bereits als Nichtleiter bezeichnet) [Quelle: Wikipedia]
__________________
Lohnende Lektüre: die Kunst des Fragens (engl. Original: smart questions)
Rosentod ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 17.02.2007, 22:11   #3   Druckbare Version zeigen
Robin235 Männlich
Mitglied
Beiträge: 686
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Damit ein Stoff elektrisch leitet, müssen Ionen vorhanden sein, dies ist z:B. auch bei Leitungswasser der Fall, Calciumionen z.B.
Bei destilliertem wasser, also H2O, sieht das schon anders aus, da möchte man ja zunächst meinen, dass keine Ionen vorhanden sind. Dies ist jedoch nicht der Fall, da Wasser in geringen Mengen protolysiert, das bezeichnet man dann als Autoprotolyse des wassers. , Die Reaktionsgleichung sehe so aus:
H2O+H2O -> H3O++ OH-
Es sind ionen vorhanden, die Lösung leitet den elek. Strom.
Robin235 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.02.2007, 18:43   #4   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Zitat:
Zitat von Robin235 Beitrag anzeigen
Damit ein Stoff elektrisch leitet, müssen Ionen vorhanden sein
oder andere frei bewegliche Ladungsträger, wie z.B. Elektronen in Metallen. Oder "Löcher", wie in p-Halbleitern.
__________________
Vor dem Gesetz sind alle Katzen grau
Tino71 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.02.2007, 19:01   #5   Druckbare Version zeigen
Robin235 Männlich
Mitglied
Beiträge: 686
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Zitat:
Zitat von Tino71 Beitrag anzeigen
oder andere frei bewegliche Ladungsträger, wie z.B. Elektronen in Metallen. Oder "Löcher", wie in p-Halbleitern.
Okay, aber für Wasser sind ja nur die Ionen wichtig, aber der Vollständigkeits halber hätte ich das vielleicht schon erwähnen sollten , danke für den Hinweis, ist den wenigsten meine Antwort an sich vollstöndig?
Robin235 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 18.02.2007, 19:52   #6   Druckbare Version zeigen
Tino71 Männlich
Moderator
Beiträge: 6.935
Blog-Einträge: 41
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Aber ja, ich wollte nur, weil Germanium und Quecksilber angesprochen waren, noch ein paar andere Ladungsträger nennen.
__________________
Vor dem Gesetz sind alle Katzen grau
Tino71 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2007, 01:20   #7   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

ok, ich habe noch eine aufgabe versucht zu lösen.
diesmal war gefragt, welche dieser stoffe leiten, warum und ob es elektronen oder ionenleiter sind.

a) salzsäure. auf wikipedia stand das die formel für die salzsäure
HCl lauten. also habe ich im periodensystem geschaut und die elektronegativitätsdifferenz berechnet (2,8 - 2,2 = 0,6). wenn die elektronegativitätsdifferenz kleiner als 1,5 ist dann handelt es sich um eine kovalente bindung ansonsten um eine ionische bindung. demnach ist HCl eine kovalente Bindung. Bei einer kovalenten Bindung sind die verbindungen gesätigt, wodurch es also keine freien Elektronen gibt. demnach ist HCl also nichtleitend.

doch habe ich auch gelesen, dass wenn man HCl in eine Lösung tut es in Ionen zerfällt (warum, versteh ich nicht weil wie kann eine kovalente bindung in ionen zerfallen, wenns doch keine ionische bindung ist) und damit ein ionenleiter ist.

somit stehen die beiden aussagen irgendwie im widerspruch zueinander.

b) HCl (g) : wie oben schon geschrieben ist HCl meiner meinung eine kovalente bindung und somit im gaszustand schonmal gar nicht leitend. wärs flüssig dann könnte man es wahrscheinlich in ionen zerfallen lassen (?).


c) Silicium: Si ist ein Halbleiter und somit ein elektronenleiter. die erklärung hierfür würd ich genauso formulieren wie bei Ge.

d) CaCl2 (Schmelze): Hierzu fällt mir nichts ein, besonders weil ich nicht weiss was ich mir unter "Schmelze" vorzustellen habe
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2007, 01:42   #8   Druckbare Version zeigen
kaktustk Männlich
Mitglied
Beiträge: 750
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Eine Abgrenzung zwischen ionisch und kovalent kannst du nicht anhand einer bestimmten EN-Differenz ziehen. EN-Differenz > 1,5 = ionisch und EN-Differenz < 1,5 = kovalent darfst du nicht sagen, diese Behauptung ist falsch! Eine Bindung mit der Differenz von 1,1 hat auch ionische Anteile, eine mit 1,9 hat auch kovalente Anteile. HF z.B. ist kein Salz, NaCl (g) wird besser beschrieben, wenn du es kovalent nennst und nicht ionisch.

HCl muss sich in Lösung daher nicht gleich verhalten, wie im gasförmigen Zustand.

Wenn du CaCl2 erhitzt, bis es schmilzt, hast du eine Schmelze also frei bewegliche Ladungsträger, somit leitend.
kaktustk ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2007, 01:57   #9   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

hmmm, bin verwirrt, ich habe ja ein semester chemie und darüber werden wir eine klausur schreiben. und in dieser klausur wird auf jedenfall eine aufgabe vorkommen wie ich dir hier geschrieben habe, dass man das leitungsverhalten der stoffe erklären soll.
wenn man aber nicht klar sagen kann durch eine fester regel, wie mit der elektronegativitätsdifferenz (wurde mir übrigens hier geschrieben, dass man diese zur groben abschätzung der bindung nehmen kann) ob es sich um eine kovalente oder ionische bindung handelt, wie soll ich dann sagen können, ob dieser stoff leitend ist oder nicht. denn in lösungen sind ja nur ionische gedundene stoffe leitend aber keine kovalenten. weil die ionisch gebundenen stoffe ja in ihre ionen zerfallen können und dann zur kathode bzw zur anodhe schwimmen. abgesehen zur bestimmung vom leitverhalten muss ich die art der verbindung auch kennen, wenn ich die gitterenergie stärken bestimmten will (solch eine aufgabe wird auch in der klausur vorkommen) da ja kovalente bindungen eine höhere gitterenergie besitzen als ionische bindungen.

Zitat:
Wenn du CaCl2 erhitzt, bis es schmilzt, hast du eine Schmelze also frei bewegliche Ladungsträger, somit leitend.
heißt das, dass alle stoffe die man schmelzen kann im geschmolzenen zustand leitfähig sind?
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2007, 02:05   #10   Druckbare Version zeigen
kaktustk Männlich
Mitglied
Beiträge: 750
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

... groben Abschätzung ...

Diese 2 Worte hast du weiter oben nicht in der Behauptung stehen! Jetzt stimmt der Satz.

und nein, nicht jede Verbindung, die man schmelzen kann, leitet den Strom. Schmelzen von Salzen allerdings schon, da du hier in der Flüssigkeit sowohl positive, alsauch negative frei bewegliche Ionen vorhanden hast.
kaktustk ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 19.02.2007, 02:18   #11   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

okay, also jedes salz dass ich schmelzen kann ist leitend. aber unter salzen versteht man ja quasi alle ionischen verbindungen bis auf H3O+ und OH-, somit sind also eigentlich alle ionische verbindungen salze bis auf diese eine ausnahme. so wie ich das also verstehe werden kovalente bindungen nicht als salze bezeichnet und sind daher in der schmelze nicht leitend weil keine logischerweise keine ionen als ladungsträger vorliegen.
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 19.02.2007, 02:34   #12   Druckbare Version zeigen
kaktustk Männlich
Mitglied
Beiträge: 750
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Ein Einwand noch: H2O zählt nicht zu den ionischen Verbindungen, nur weil 10-7 mol/l H3O+-Ionen oder OH- Ionen vorhanden sind. NaOH (OH--Ionen) leitet sowohl in der Lösung, alsauch in der Schmelze den Strom.
kaktustk ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 24.02.2007, 23:37   #13   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Fe also Eisen ist leitend, weil es ein Metall ist. Den Aufbau von Metall kenn ich, also positive Ionenrümpfe und freie Valenzelektronen (Elektronengas), doch woran erkenne ich z.b. bei Fe wieviele Valenzelektronen, denn als frei Valenzelektronen fungieren. Die Elektronenkonfiguration lauten von Fe [Ar]3d6 4s2, sind hierbei also acht valenzelektronen die das elektronengas bilden?
und beim beispiel Ag ([Kr] 4d10 5s1) gibt es also ein valenzelektron
das als elektronengas fungiert.
beim beispiel Rh ([Kr] 4d8 5s1) gibt es dann 9 Elektronen die als Elektronengas fungieren?

Und noch eine Frage Br2 ist eine kovalente Bindung und da die atome bindungsmäßig abgesetigt sind stehen keine freie valenzelektronen zu stromleitung zur verfügung.
wäre Br2 aber nicht im festen sondern im flüssigen zustand, könnte dann eine stromleitung stattfinden? weil dann würde das Br2 doch in Br und Br zerfallen und es gäbe dann von jedem Br Atom acht Valenzelektronen die zur stromleitung dienen könnten, falls man das so betrachten kann.

Geändert von ChemieErstSemester (24.02.2007 um 23:48 Uhr)
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 25.02.2007, 03:06   #14   Druckbare Version zeigen
N00b Männlich
Mitglied
Beiträge: 504
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

Der "reguläre" Aggregatzustand von Brom ist flüssig.
N00b ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 25.02.2007, 17:38   #15   Druckbare Version zeigen
ChemieErstSemester Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 184
AW: Welche Substanzen leiten den elektrische Strom?

ok, aber abhängig davon in was für einer struktur ein molekül kristalisiert wächst die verbotene zone doch an.
und wenn die verbotenen zone beispielsweise 5eV groß ist, so braucht das elektron eine energie von mind. 5 eV damit es die verbotenen zone überspringen kann und ins leitungsband gelangt. und diese 5eV könnte man dem elektron geben, indem man die temperatur erhöht und die energie in form von wärme an das elektron gibt.
ChemieErstSemester ist offline   Mit Zitat antworten
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