Klausurvorbereitung. Chemie im Nebenfach. Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 1

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1 Klausurvorbereitung Chemie im Nebenfach Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling

2 Atombau Bestandteile eines Atoms? Proton (p) Neutron (n) Elektron (e) Anzahl Proton (p) = Elektron (e) Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 2

3 Übung Atombau 7p 9 F 4=7n+7p 9p, 0n, 9e 8 F 9p, 9n, 9e 7 F 9p, 8n, 9e Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 3

4 Übung Atombau 3 C 6p, 7n, 6e 4 C 6p, 8n, 6e 2 C 6p, 6n, 6e Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 4

5 Übung Atombau 3 H p, 2n, e 2 H p, n, e H p, 0n, e Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 5

6 Atombau n Hauptquantenzahl n=,2,3, Periode l Nebenquantenzahl l<n s,p,d,f m Magnetquantenzahl m=-l,,-,0,,..,l l=0 m=0 l= m=-,0, s Spinquantenzahl - 2, 2 Jedes Elektron muss sich mindestens in einer Quantenzahl unterscheiden!!! Pauliprinzip Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 6

7 Elektronenkonfiguration.Periode s 2 2.Periode 2s 2,2p 6 3.Periode 3s 2, 3p 6 4.Periode 4s 2, 3d 0, 4p 6 5.Periode 5s 2, 4d 0, 5p 6 6.Periode 6s 2, 4f 4, 5d 0, 6p 6 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 7

8 Übung Elektronenkonfiguration Cl s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Cl [Ne] 3s 2 3p 5 7.Hauptgruppe vereinfachend letztes vollständiges Edelgas als Basis 3.Periode Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 8

9 Übung Elektronenkonfiguration Cl Cl F P s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 [Ne] 3s 2 3p 5 [He] 2s 2 2p 5 [Ne] 3s 2 3p 3 Was ändert sich bei geladenen Teilchen? Cl - F - [Ne] 3s 2 3p 6 [He] 2s 2 2p 6 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 9

10 Redoxreaktionen Oxidation A A + + e - Oxidationszahl wird größer Reduktion B + e - B - Oxidationszahl wird kleiner Redoxreaktion A + B A + + B - Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 0

11 Oxidationszahl Ionen Redoxreaktionen Oxidationszahlen im Element Oxidationszahl Wasserstoff Oxidationszahl Sauerstoff Oxidationszahl Alkalimetalle Oxidationszahl Erdalkalimetalle Oxidationszahl Halogenide Oxidationszahl Ionen 0 (O 2 H 2 M) Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling +I -II (H 2 O 2 -I) +I (Li + -Fr + ) +II (Be 2+ -Ra 2+ ) -I (F - -At - ) +x M +x -x E -x

12 Übung Redoxreaktionen Oxidation Oxidationszahl wird um 2 größer S 4+ S e - +I +VII -II +I +IV -II +I -II +IV -II +I +VI -II +I -II +I KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 O MnO 2 + Na 2 SO 4 + KOH Reduktion Oxidationszahl verkleinert sich um 3 Mn e - Mn 4+ Alle anderen Oxidationszahlen bleiben konstant!!! Ausgleichen der Reaktionsgleichung nicht vergessen Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 2

13 Übung Oxidationszahlen Cr 3+ + OH - Cr(OH) 3 Cr(OH) 3 Cr 2 O 3 + Cr(OH) 3 + H 2 O 2 + OH - CrO KMnO 4 + K 2 SO 3 + H 2 O MnO 2 + K 2 SO 4 + KOH Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 3

14 Übung Oxidationszahlen MnO 2 + HCl MnCl 2 + Cl 2 + Cu + H 2 SO 4 CuSO SO 2 Fe+ H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 Fe 2 O 3 + CO CO 2 + Fe Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + Fe Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 4

15 Übung Oxidationszahlen KAl(SO 4 ) 2 * 2H 2 O + H 2 O +..NH 3 Al(OH) 3 K + + NH SO OH - Al(OH) 3 + Co(NO 3 ) 2 CoAl 2 O 4 + NO + NO 2 + O 2 + H 2 O CrO HSO H+ Cr 3+ + SO H 2 O Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 5

16 Radioaktiver Zerfall α-zerfall 4 2[He] p + β-zerfall n e - γ-zerfall tritt meist zusätzlich zu α-und β- Zerfall auf hoch energetische Strahlung Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 6

17 Übung Zerfallsreihe p 92 n 46 p 90 n 44 α 238 U 234 Th = = [He] Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 7

18 Übung Zerfallsreihe p 90 n 44 p 9 n 43 β Th Pa n p e - ^ Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 8

19 Übung Zerfallsreihe α 238 U 234 Th β Pa β U α 28 Po α 222 Rn α 226 Ra α 230 Th β - 28 At β - 28 Rn α 24 Po α 20 Pb Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 9

20 funktionelle Gruppen Alkan Alken Alkin Alkohol Carbonsäuren Keton Aldehyd Ether Ester R-CH 2 -CH 2 -R R-CH=CH-R R-C C-R R-OH R-COOH R-(CO)-R R-(CO)-H R-O-R R-(CO)-O-R Methan Ethan Propan Ethen Propen Buten Ethin Propin Butin Methanol Ethanol Propanol Essigsäure Buttersäure Aceton Metanal Ethanal Dimethylether Diethylether Essigsäureethylester Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 20

21 Nitrid Nitrit Nitrat Phosphat Sulfid Sulfat funktionelle Gruppen N 3- R-NO 2 R-NO 3 Amin R-NH 2 Sulfit PO 3-4 R-S-R R-SO 3 -R R-SO 4 -R Natriumnitrid,Gallium(III)nitrid Salpetrige Säure, Natriumnitrit Salpetersäure, Kaliumnitrat Primär (R-NH 2 ), Sekundär (R 2 -NH), Tertiär (R 3 N) Phosphorsäure, Kaliumphosphat Schwefelwasserstoff, Bariumsulfid Schweflige Säure, Calciumhydrogensulfit Schwefelsäure,Cäsiumsulfat Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 2

22 Chemische Verbindungen Titan(II)oxid Ethanol Titan(III)oxid Essigsäure Titan(IV)oxid Natriumcarbonat Kaliumpermanganat Lithiumcarbonat Eisen(III)chlorid Salzsäure Eisen(III)bromid Bariumsulfat Eisen(III)oxid Natriumchlorid Wasserstoffperoxid Calciumchlorid Essigsäureethylester Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 22

23 Lewis-Formeln Regeln: Oktettregel Abstoßung von gleicher Ladung Zentralatom Kugel freie Elektronenpaare benötigen mehr Raum als Bindungen Doppelbindungen benötigen mehr Raum als Einfachbindungen Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 23

24 Lewis-Formeln Vorgehensweise zum Aufstellen von Lewis-Formeln Summe der Valenzelektronen bilden (Wichtig Ladung berücksichtigen!!!) Beispiel: Carbonat CO = 24 Zentralatom bestimmen Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 24

25 Lewis-Formeln die weiteren Atome werden in 90 Winkeln angeordnet mit Strichen werden Bindungen also 2 e - symbolisiert die restlichen Elektronen so auf die Atome verteilen das jedes möglichst eine Edelgaskonfiguration erhält (Oktettregel) Wenn es unterschiedliche Varianten gibt sind das nur Grenzfälle alle Varianten aufschreiben!!! Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 25

26 Lewis-Formeln O C O O C O Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 26

27 Übung Lewis-Formeln CO 2 SF 6 NO 3 - H 2 O 2 H 2 SO 4 C 2 H 6 C 2 H 4 C 2 H 2 H 3 PO 4 KPF 6 HNO 3 H 2 O CaSO 4 C 3 H 9 C 3 H 4 CO KMnO 4 Pb(OH) 3 TiClO 4 MnO 2 NH 3 CH 3 COOH CH 3 COOCH 3 CH 4 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 27

28 Chemische Gleichgewichte Die Stoffkostante K laut Massenwirkungsgesetz: AB A + +B - K= A + [B ] [AB] A + 2 [B ] A 2 B 2A + + B - K= [A 2 B] A 2 B 3 2A+3B A + 2 B 3 [A 2 B 3 ] Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 28 K=

29 Löslichkeitsprodukt MWG K = [A ][B + ] [AB] Im Gleichgewicht ist die Konzentration des ungelösten Restes konstant Löslichkeitsprodukt Für eine gesättigte Lösung!!! AB 2 A 3 B 2 K L =[A - ][B + ] K L =[A - ] [B + ] 2 K L =[A - ] 3 [B + ] 2 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 29

30 Säure-Base Definition ph-wert: ph=-log c(h 3 O + ) Der ph-wert ist der negative dekadische Logarithmus der Hydronium-Ionen Konzentration. sehr starke Säuren: vollständige Deprotonierung der Säure Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 30

31 Säure-Base starke Säuren: c= K S + K 2 S K S c schwache Säuren: c= K S c sehr schwache Säuren: c= K S c + KW Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 3

32 Säure-Base pk s =-log H 3 O+ [A ] [HA] H 2 O + HA A - +H 3 O + H 2 O + B BH + + OH - K s =(0 (-pks) ) Der K S -Wert gibt an wieviel der Säure Dissoziiert ist!!! pk B =-log OH [BH + ] K s =(0 (-pks) ) [B] pk S + pk B = 4 bei einem korrespondierenden Säure-Base-Paar Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 32

33 ph-wert Berechnung H 2 O + HA A - +H 3 O + pk s =-log H 3 O+ [A ] [HA] K s =0 (-pks) [H 3 O + ]= 0( pks) [ HA] [A ] ph=-log[h 3 O + ] Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 33

34 Sehr starke Säuren: HClO 4-0 HI -0 HBr -8,9 HCl -6 H 2 SO 4-3 HNO 3 -,32 pk s < 0 schwache Säuren: NH + 4 9,25 HCN 9,4 HCO - 3 0,4 HPO 2-4 2,36 HS - 3 H 2 O 4 8 < pk s < 4 Übersicht Säuren starke Säuren: H 3 O + 0 HSO 4 -,92 H 3 PO 4 2,3 HF 3,4 HCOOH 3,75 0 < pk s < 4 Sehr schwache Säuren: CH 3 CH 2 OH 5,9 HN 3 23 CH < pk s mittelstarke Säuren: H 3 COOH 0 H 2 S,92 H 2 PO 4-2,3 4 < pk s < 8 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 34

35 Sehr schwache Base: ClO I - 24 Br - 22,9 Cl - 20 HSO NO - 3 5,32 pk B < 4 starke Base : NH 3 4,75 CN - 4,6 CO 2-3 3,6 PO 3-4,64 S 2- OH < pk B < 5 Übersicht Basen schwache Base: H 2 O 4 SO 4 2-2,08 H 2 PO 4 -,87 F - 0,86 HCOO - 0,25 0 < pk B < 4 Sehr starke Base : CH 3 CH 2 O - -,9 HN CH < pk B mittelstarke Base : H 3 COO - 9,25 HCO - 3 7,48 HS - 7,08 HPO 2-4 6,8 5 < pk B < 0 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 35

36 Spezialfall-H 2 O Autoprotolyse des Wassers: Hydronium-Ion Hydroxid-Ion H 2 O+ H 2 O H 3 O + +OH - H 3 O + OH - Ionenprodukt des Wassers: K W = K[H 2 O] 2 = [H 3 O + ][OH - ] = 0-4 ph-wert des Wassers: ph=7=-log [H + ]=-log K W Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 36

37 ph-puffer Def.: Ein Puffer ist ein Stoffgemisch, dessen ph-wert sich bei Zugabe einer Säure oder Base wesentlich weniger stark ändert als in einem ungepufferten System der Fall wäre. ph=pk S +log [A ] [HA] Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 37

38 Essigsäure-Acetat-Puffer ph-puffer-systeme HOAc + H 2 O AcO - +H 3 O + Hydronium-Ionen Zugabe: AcO - + H 3 O + Hydroxid-Ionen Zugabe: HOAc + OH - HOAc+H 2 O AcO - +H 2 O (ph 3,7-5,7) Ammoniakpuffer NH 3 + H 2 O + NH 4 Cl (ph 8,2-0,2) Phosphatpuffer NaH 2 PO 4 + Na 2 PO 4 (ph 5,4-8,0) Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 38

39 Stoffchemie Haber-Bosch-Verfahren: T 450 C-550 C N 2 + 3H 2 p 250bar-350bar 2NH 3 Phosphorsäure: H 4 P 2 O 7 + 2H 2 O 4H 3 PO 4 H 4 P 4 O 2 + 2H 2 O 2 H 4 P 2 O 7 2 P 2 O 5 + 2H 2 O H 4 P 4 O 2 Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 39

40 Chloralkalielektrolyse: Stoffchemie Elektrolytisch 2NaCl + 2H 2 O 2NaOH + Cl 2 + H 2 Chlorgasherstellung: CaCl(Ocl) + 2H 2 SO 4 Labormaßstab CaSO 4 + Cl 2 + H 2 O Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 40