Magnesium

Magnesium Übung

• Gib die Verbindungsnamen der folgenden Formeln an.

  Tipps

  Diejenigen Anionen, die außer Sauerstoff noch ein weiteres Element enthalten, tragen in ihrem Namen einen Hinweis auf dieses Element, der auf die lateinische Bezeichnung des Elements verweist.

  Lösung

  Magnesiumchlorid und Magnesiumbromid enthalten beide bereits direkt den Namen der Elemente, die sie enthalten: Chlor und Brom. Die Formeln sind also $MgCl_2$ und $MgBr_2$.

  Der Name von Magnesiumoxid leitet sich ab vom griechischen Oxygenium, was für Sauerstoff steht. Dementsprechend lautet die Formel $MgO$.

  Die drei Verbindungen Magnesiumsulfat, Magnesiumnitrat und Magnesiumcarbonat tragen im Namen ihrer Anionen alle Hinweise auf das in ihnen enthaltene Element. Sulfat kommt vom lateinischen Sulpur bzw. dem griechischen Sulphur und steht für den Schwefel. Daraus ergibt sich die Formel $MgSO_4$. Nitrat kommt vom lateinischen Wort Nitrogenium und steht für Stickstoff. Dementsprechend lautet die zugehörige Formel $Mg(NO_3)_2$. Carbonat, vom lateinischen Wort Carbo stammend, steht für Kohlenstoff und die Formel ist $MgCO_3$.

• Beschreibe die Eigenschaften von Magnesium.

  Tipps

  Um die Lücken zu füllen, findet man manchmal Hinweise in den Sätzen vor bzw. nach der Lücke.

  Lösung

  Gold ist ein edles Metall, das heißt es reagiert sehr ungern. Da Magnesium genau am anderen Ende der Reaktivitätsskala steht, muss es mit unedel beschrieben werden. Ein typisches Metall wie Eisen hat eine Dichte von fast $8 \frac{g}{cm^{3}}$ und dementsprechend gehört Magnesium mit weniger als einem Viertel davon zu den Leichtmetallen. Bei Raumtemperatur ist Magnesium fest. Die erste Aggregatzustandsänderung tritt bei 650 °C ein. Gesucht ist also das Verb schmelzen. In der nächsten Lücke ist die nächste Aggregatzustandsänderung gesucht; diesmal allerdings ein Substantiv: Siedepunkt. Verglichen mit Siede- und Schmelzpunkten von anderen Metallen sind die von Magnesium relativ gering. Eisen hat zum Beispiel seinen Schmelzpunkt bei 1538 °C. Wenn die Mohshärte niedrig ist, so muss das Metall im Umkehrschluss weich sein.

• Ermittle die fehlenden Bestandteile der Reaktionsgleichungen.

  Tipps

  Die Zahlen können nur direkt vor einer Formel stehen. Das vereinfacht die Aufgabe bereits ein wenig.

  Das Elementsymbol $F$ steht für das Halogen Fluor. Die gleiche Reaktion kann man auch für Chlor formulieren.

  Lösung

  Reaktion von Magnesium mit einer Säure

  $Mg + 2~H^+ \rightarrow H_2 + Mg^{2+}$

  Man sollte zunächst die Anzahl der Teilchen je Atomsorte auf beiden Seiten vergleichen. Dabei fällt auf, dass sich auf der linken Seite nur ein Wasserstoffteilchen befindet, rechts allerdings zwei. Um dies auszugleichen, muss man lediglich eine $2$ vor das $H^+$ setzen. Links steht bereits ein Magnesiumteilchen, rechts fehlt dies noch. Des Weiteren hat die linke Seite einen Ladungsüberschuss von +2. Daraus ergibt sich, dass man $Mg^{2+}$ in die rechte Lücke eintragen muss. Danach ist dann alles ausgeglichen.

  Reaktion von Magnesium mit Sauerstoff

  $2~Mg + O_2 \rightarrow 2~MgO$

  Man beginnt wieder damit, die beiden Atomsorten auf der linken und rechten Seite der Gleichung zu vergleichen. Es fällt auf, dass sich rechts zwei Teilchen Sauerstoff befinden und links keins. Es gibt nun die Möglichkeit, $O$ oder $O_2$ in die Lücke auf der linken Seite einzusetzen, aber Sauerstoff kommt normalerweise nur als zweiatomiges Molekül vor; also muss $O_2$ eingesetzt werden. Es herrscht noch ein Ungleichgewicht zwischen Magnesium auf der linken und auf der rechten Seite. Um dies zu beheben, muss man links vor das Magnesium die $2$ setzen.

  Reaktion von Magnesium mit Fluor

  $Mg + F_2 \rightarrow MgF_2$

  In dieser Reaktion fehlt einzig das Reaktionsprodukt. Es gilt sich zu entscheiden zwischen $MgF$ und $MgF_2$. Da Magnesium zweifach positiv geladen und das Fluor (wie alle Halogene in Verbindungen) einfach negativ geladen ist, benötigt es pro Formeleinheit Magnesiumfluorid zwei Fluorid-Ionen und ein Magnesium-Ion. Daraus folgt die Formel $MgF_2$.

• Erkläre die Reaktion beim Löschen eines Magnesiumbrandes.

  Tipps

  Die Beschreibung der Reaktionsprodukte im Text könnte dir helfen zu verstehen, was bei der Reaktion entstanden sein könnte.

  Die Tatsache, dass schwarzer und weißer Feststoff nach der Reaktion vorhanden ist, deutet darauf hin, dass zwei verschiedene Reaktionsprodukte entstanden sind.

  Lösung

  Vorüberlegungen

  Da Magnesium ein Reduktionsmittel ist und somit seinen Reaktionspartnern Sauerstoff entzieht, ergeben sich folgende Vermutungen: Magnesium entzieht dem Kohlendioxid den Sauerstoff und reagiert zum Magnesiumoxid. Kohlendioxid, dem Sauerstoff entzogen wird, reagiert zu elementarem Kohlenstoff.

  Bestätigung durch das Experiment

  Magnesiumoxid ist ein weißes Pulver und Kohlenstoff ist als Graphit schwarz. Da die Farben der Reaktionsprodukte mit den Farben dieser beiden Stoffe übereinstimmen, ist es sehr naheliegend die eingangs formulierte Vermutung zu bestätigen.

  Aufstellen der Reaktionsgleichung

  Zuerst gilt es, die Namen der Substanzen in chemische Formel zu fassen:
  Magnesium $\rightarrow Mg$
  Kohlen(stoff)dioxid $\rightarrow CO_2$
  Magnesiumoxid $\rightarrow MgO$
  Kohlenstoff $\rightarrow C$

  Die Reaktionsgleichung ohne Ausgleichen lautet dann folgendermaßen:

  $Mg + CO_2 \rightarrow MgO + C$

  Augenscheinlich ist die Zahl der Sauerstoffatome links zu groß. Konsenquenterweise muss man rechts vor das $MgO$ eine $2$ setzen. Das ergibt:

  $Mg + CO_2 \rightarrow 2~MgO + C$

  Aber das führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Magnesium auf der linken und der rechten Seite. Also setzt man vor $Mg$ auf der linken Seite noch eine $2$ und die Reaktion ist ausgeglichen:

  $2~Mg + CO_2 \rightarrow 2~MgO + C$

• Gib Informationen zur Stellung des Magnesiums im Periodensystem an.

  Tipps

  Einige Antwortmöglichkeiten schließen sich gegenseitig aus. Gib darauf Acht.

  Verwende auch die Informationen aus dem obenstehenden Bild, um dich der Lösung anzunähern.

  Lösung

  Magnesium trägt, wie das Bild zeigt, die Ordnungszahl 12. Es sitzen also 2 Elektronen auf der ersten Schale, 8 Elektronen auf der zweiten Schale und es bleiben noch 2 Elektronen, die sich auf der äußersten Schale befinden. Da für die Hauptgruppenelemente die Zahl der Außenelektronen gleich der Hauptgruppennummer ist, können wir schlussfolgern, dass sich Magnesium in der II. Hauptgruppe befindet. Alle Metalle dieser Gruppe werden als Erdalkalimetalle bezeichnet. Da volle Schalen die stabilste Anordnung darstellen, ist das Magnesium bestrebt seine beiden Außenelektronen abzugeben, was ihm die Oxidationszahl +2 in Verbindungen verschafft. Die Hauptgruppennummern beginnen auf der linken Seite bei der Zahl 1 und schließen rechts mit der Zahl 8 ab. Dementsprechend steht Magnesium auf der linken Seite und aufgrund seiner niedrigen Ordnungszahl auch in der oberen Hälfte.

• Erkläre den Einsatz von Magnesiumhydroxid gegen Sodbrennen mit einem Experiment.

  Tipps

  Säuren sind Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren.

  Lösung

  Gibt man Magnesiumhydroxid zu Wasser und versetzt dies mit Universalindikator, so färbt sich die Lösung blau. Grund dafür ist das Vorhandensein von Hydroxid-Ionen $OH^-$.

  Gibt man Magensäure, also Salzsäure, zu Wasser und dazu ein wenig Universalindikator, dann verfärbt sich die Lösung aufgrund der Protonen $H^+$ rot.

  Gibt man beide Lösungen zusammen, so entsteht eine neutrale Lösung, welche durch pH-Indikator grün gefärbt ist. Aus Protonen und Hydroxidionen entsteht nämlich Wasser. Das Magnesiumhydroxid neutralisiert also die Säure. Daher kann es auch gut bei der Behandlung von Sodbrennen genutzt werden.

  $Mg(OH)_2 + 2~HCl \rightarrow MgCl_2 + 2~H_2O$