Ionenbindung. Chemische Bindung. Ionenbindung. Ionenbindung. Na + + e. + e Cl. Ionenbindung. Metallische Bindung. Atombindung, Kovalente Bindung

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1 Chemische Bindung Ionenbindung Metallische Bindung Atombindung, Kovalente Bindung 1 Ionenbindung Positiv und negativ geladene Ionen bilden sich bei der chemischen Reaktion, um Edelgaskonfiguration zu erhalten, z. B. bei der Reaktion von Natrium mit Chlor: 2 Na + Cl 2 -> 2 NaCl (Na + + Cl - ) Durch die entgegengesetzte Ladung werden die Ionen zusammengehalten Es gibt unter Normalbedingungen keine Natriumchloridmoleküle! (ormel gibt nur Verhältnis an) Es hat sich ein Salz ausgebildet in dem jedes Natiumion oktaedrisch von 6 Chlorionen umgeben ist und jedes Chlorion von 6 Natriumionen (Salzgitter), Koordinationszahl = 6) 2 Ionenbindung Beschreibung der Bildung von NaCl Na Na + + e Cl + e Cl 3 4 Ionenbindung Es gibt nicht nur den Typ des NaCl-Gitters (allerdings häufiger Gittertyp) Anderer Gittertyp mit anderen Koordinationszahlen z. B. Zinkblende ZnS 5 CsCl ZnS Ca 2 6

2 Ionenbindung Energie und Ausbildung von Kochsalz Welche Energien? ess-satz: Die Reaktionsenthalpie einer Reaktion ist konstant, unabhängig davon, ob sie in einem Schritt oder über Zwischenstufen abläuft (Beispiel Bildung von Kohlendioxid in einem oder in zwei Schritten) 7 Ionenbindung Beim Zusammenfügen von weit voneinander entfernten Ionen (im Gaszustand) zu einem Kristall wird die Gitterenergie frei. ür die Bildung von Natriumchlorid beträgt sie: Na + (g)+ Cl - (g) -> NaCl (s) Gitt = 788 kj/mol Bestimmung der Gitterenergie durch den Born- aber-kreisprozess (basiert auf dem Satz von ess); Zerlegung in Teilschritte Beispiel Bildung von Li (Salz allgemeine Bezeichnung für Ionengitter) 8 Ionenbindung Um ein Ionengitter zu zerstören muss die Gitterenergie zugeführt werden! Warum löst sich ein Salz in Wasser? Wassermoleküle sind kleine Dipole und können die Ionen hydratisieren!

3 Salz-Lösungen Wenn die ydratationsenergie größer als die Gitterenergie ist, dann löst sich das Salz (z. B. Kochsalz), ist sie kleiner löst sich das Salz nicht (z. B. Calciumcarbonat) Wie gut sich ein Stoff löst wird über das Löslichkeitsprodukt definiert (je kleiner dies ist, desto schlechter löslich ist das Salz) Temperaturänderungen beim Lösen von Salzen z. B. von CaCl 2 oder N 4 Cl Übersättigte Lösungen (z. B. Natriumacetat) 13 Wiederholung reie Enthalpie (G) Kalorie, Joule Chemische Bindung Ionenbindung (Gitterenergie, NaCl-Gitter) Andere Ionengitter z. B. Ca 2 (KZ Ca = 8, Kz = 4) Lewis Elektronenschreibweise (Valenzelektronenen) Born-aber-Kreisprozess, ess-satz ydratationsenergie Lösen von Salzen, Temperatureffekte Übersättigte Lösungen, Anwendungen 14 Metallische Bindung Wie sind Metallatome miteinander verbunden? Sehr einfache Betrachtungsweise: Ein oder mehrere Elektronen werden abgegeben und liegen als "Elektonengas" vor. Erklärt auch die sehr gute elektrische Leitfähigkeit von Metallen Kubisch dichteste Kugelpackung (ABC) Wie sind die einzelnen Atome angeordnet? "Apfelsinen-Packmodell" 15 exagonal dichteste Kugelpackung (AB)

4 19 20 Atombindung Atombindung wird auch kovalente Bindung genannt Von den Elementen kommen nur die Edelgase atomar vor Beispiel: Wasserstoff und Sauerstoff kommen als Moleküle vor: 2 und 2 Wie sieht hier die chemische Bindung aus? Wasserstoff hat ein Aussenelektron (Valenzelektron) Elektronen werden geteilt! Kovalente Bindung: chemische Bindung, bei der 2 oder mehr Elektronen geteilt werden Warum? + 7e - 7e - 8e - 8e - Lewis-Struktur von 2 Einfachbindung lone pairs lone pairs lone pairs lone pairs Einfachbindung 23 24

5 Lewis-Struktur von Wasser Einfachbindungen Polare kovalente Bindung + + or 2e - 8e - 2e - Doppelbindungen C or C 8e - 8e - 8e - Dreifachbindungen Doppelbindungen electron poor region electron rich region e - poor e - rich δ + δ - N N or N N 8e - 8e - Dreifachbindungen Klassifizierung über Elektronegativität Unterschied Bindung 0 kovalent 2 ionisch 0 < and <2 polar Cs 0.7 Cl = 2.3 ionisch 2.1 S = 0.4 polar N 3.0 N = 0 kovalent Wasserstoff Warum so wichtig? Anwendung in chemischen Industrie (Ammoniak-Synthese), Wasserstoff- Technologie ydrierung von Kohle, Erdöl und Teer zu Benzin, von ungesättigten Kohlenwasserstoffen (z. B. Magarine) Synthese von Cl Reduktionsmittel 29 Wasserstoff Entdeckung? Robert Boyle beschreibt 1671 die Reaktion von Schwefelsäure mit Eisenpulver; Entdecker enry Cavendish (1766), Name von Lavoisier (ydrogen = Wasserbildner) 30

6 Atombindung Wasserstoff Teilen von Elektronen führt zur Ausbildung vom Wasserstoffmolekül Änderung der Elektronendichte, wenn sich zwei Wasserstoffatome nähern und dann verbinden Wasserstoff Wie und wo kommt er vor? auf der Erde nur in gebundener orm, Wasserstoff bildet mehr Verbindungen als jedes andere Element; Verbindungen mit allen Elementen (Ausnahme Edelgase) sind bekannt! "Am Anfang war der Wasserstoff" Wasser! Wasserstoff Technische Darstellung? aus Wasser: C ---> 2 + C (Wassergas oder Synthesegas) 2 + C ---> 2 + C 2 + (Kohlenoxid-Konvertierung) aus Methan: C 4 ---> C 35 Wasserstoff Darstellung im Labor? Metalle plus Säure Zink plus Salzsäure oder Schwefelsäure im Kippschen Apparat 36

7 Wasserstoff Transport? Gasbomben: rot, Linksgewinde (Druck 200 bar) Rohrleitungen Tankwagen (lüssigkeit bei -253 C) Wunsch: als eststoff in orm von ydriden Döbereiner's euerzeug Wasserstoff Besonderes Element Elektronenabgabe -> +, Proton (Säure-Base-Theorie) Aufnahme von Elektronen (ydride) 2Na > Na Säure plus unedles Metall 39 2 S 4 + Zn -> 2 + ZnS 4 Reduktion mit Wasserstoff 2 + Cu -> 2 + Cu 40 Atombindung Aufstellen von Lewis-ormeln!!! Lewis-ormeln helfen für das Verständnis der chemischen Bindung (Valenzstrichformeln) N N ktettregel beachten, Anzahl der Elektronen der Elemente beachten ormale Ladung Ausnahmen 41 N 42

8 Sauerstoff (6. G.) Darstellung technisch durch fraktionierte Destillation verflüssigter Luft Trockene Luft enthält 23,16 Vol% Sauerstoff neben 78,09 Vol% Stickstoff, 0,93 Vol% Edelgase (hauptsächlich Argon) und 0,03 Vol% Kohlendioxid Sauerstoff arb- und geruchsloses Gas Im flüssigen Zustand schwach blau gefärbt (K. P. 182,97 C;. P. 229,39 C) Bedeutung von Sauerstoff Wer hat Sauerstoff entdeckt??? Lavoisier, Scheele oder Priestley? 45 Lebenswichtiges Element: Atmung xidationsprozesse in der Technik und der Biochemie Atmung: Anbindung an das Eisenatom im ämoglobin Redoxenzyme z. B. Cytochrome oder Methan-Monooxygenase 46 2 das Element unserer Schönheit? Jeden Tag Schönheit atmen. Re-xygen von Lancaster macht es möglich. Die aut mit reinem Sauerstoff versorgen, damit sie sich entspannt, belebt und regeneriert anfühlt. Drei neue Elemente, die gemeinsam maximale Wirkung erzielen - für gestresste aut, die dringend tief durchatmen muß! Lancaster "Re - xygen" Relax, 47 Refresh & Regenerate - 2 Cooling Mask euchtigkeitsmaske angereichertes Wasser??? Was ist Sauerstoff - Wasser? hne die Lebenselixiere Wasser und Sauerstoff kann der Mensch nicht leben. Sauerstoffwasser ist die Potenzierung dieser beiden Elixiere, in dem das Wasser noch zusätzlich mit Sauerstoff angereichert wird. xivit Sauerstoffwasser bietet erstmalig allen Verbrauchern die Chance, dieses Sauerstoffwasser zu genießen. Sauerstoffwasser war bisher nur einem kleinen Teil der Verbraucher zugänglich, da das erstellverfahren sehr mühselig war und nur kleinere Mengen hergestellt werden konnten. In der Natur erhält z. B. ein Gebirgsbach ca. 10 mg Sauerstoff, normales Leitungs- wasser dagegen nur ca. 5 mg. In kohlensäurehaltigem Mineralwasser ist fast kein Sauerstoff enthalten. xivit Sauerstoffwasser enthält mg Sauerstoff, der mittels der neuen usumer 2 Wirkformel in das Mineralwasser gelangt. Durch das Trinken von xivit bekommt Ihr Körper somit eine Extraportion Sauerstoff direkt in den Magen-Darm-Trakt. Dieser neue Weg der Sauerstoffaufnahme kann im Magen-Darm-Trakt Stoffwechselvorgänge fördern bzw. positiv beeinflussen. Auch das Immunsystem wird dabei stimuliert. In vielen wissenschaftlichen Untersuchungen wurde die Wirkung des Sauerstoffwassers nachgewiesen. Trinken Sie regelmäßig am Tag 1,0-1,5 Liter XIVIT Sauerstoffwasser und Sie spüren schon bald mehr rische, mehr Elan, mehr Kraft und Lebensfreude. 48

9 Biochemie -Radikale verantwortlich für den Alterungsprozess!? Andere Modifikation von Sauerstoff: zon 3 zon ist sehr giftig und ein sehr starkes xidationsmittel ormalladung, Resonanz (Mesomerie) zon 3 zon-darstellung (zonisator) Elektrolyse Nachweis mit KI/Stärke-Papier Entfärbungsreaktionen UV-Licht (Lampen), Kopierer, ax, Drucker Natur: Gewitter (Blitze) Atmosphärenchemie zon Radikale z. B. -Radikal alogenierte Kohlenwasserstoffe Treibhaus-Effekt: C 2 und C 4 Saurer Regen: S 2 und N Geometrie der Moleküle 1.VSEPR-Modell (valence-shell electron-pair repulsion) Basiert auf der Abstossung der Elektronenpaare 2. Modell der ybridisierung Valence shell electron pair repulsion (VSEPR) model: Predict the geometry of the molecule from the electrostatic repulsions between the electron (bonding and nonbonding) pairs. Class # of atoms bonded to # lone pairs on AB Arrangement of electron pairs linear Molecular Geometry B linear B 53 54

10 Class # of atoms bonded to # lone pairs on AB linear linear AB VSEPR Arrangement of electron pairs planar Molecular Geometry planar Cl Be Cl 2 0 atoms lone pairs bonded to central atom Class # of atoms bonded to # lone pairs on AB linear linear AB VSEPR Arrangement of electron pairs planar Molecular Geometry planar AB tetrahedral tetrahedral Class # of atoms bonded to # lone pairs on AB linear linear AB VSEPR Arrangement of electron pairs planar Molecular Geometry planar AB tetrahedral tetrahedral AB bipyramidal bipyramidal AB octahedral octahedral 59 60

11 Ausnahme Lewis-ormel Verletzung der ktettregel S VSEPR Class # of atoms bonded to # lone pairs on Arrangement of electron pairs Molecular Geometry AB tetrahedral tetrahedral AB 3 E 3 1 tetrahedral pyramidal AB 2 E tetrahedral bent Einfache Voraussage der Molekülgeometrie N 1s 2 2s 2 2p 3 3 1s 1 Valence-Bond Theorie und N 3 Valence-Bond-Theorie Geometrie des Ammoniak-Moleküls? theoretisch Experimentell: -N- Bindungswinkel beträgt

12 ybridisierung "Vermischung von zwei oder mehr Atomorbitalen zu ybridorbitalen 1. "Vermischung von mindestens 2 nicht äquivalenten Atomorbitalen (z. B. s und p). ybridorbitale haben eine andere orm als die Atomorbitale. 2. Anzahl der ybridorbitale ist gleich der Anzahl der reinen Atomorbitale, die zur Ausbildung der ybridorbitale herangezogen wurde. 3. Kovalente Bindungen werden gebildet durch: a. Überlappung von ybridorbitalen mit Atomorbitalen b. Überlappung von ybridorbitalen sp 3 -ybridisierung

13 Ethen (Ethylen, Äthylen) Wichtig? Kunststoff: Polyethylen (Plastiktüten) C C Reifung von rüchten Pi bond (π) electron density above and below plane of nuclei Sigma bond (σ) electron density between the 2 atoms of the bonding atoms Experiments show 2 is paramagnetic C C Ethin, Acetylen Keine ungepaarten Elektronen Sollte diamagnetisch sein Molekülorbital-Theorie (M-Theorie): Bindungen werden durch Kombination von Atomorbitalen zu Molekülorbitalen gebildtet

14 Energy levels of bonding and antibonding molecular orbitals in hydrogen ( 2 ). Ein bindendes rbital hat niedrigere Energie und größere Stabilität im Vergleich zu den Atomorbitalen aus denen es gebildet wurde Wasserstoffperoxid: 2 2 Peroxide, 2 2 "Wasserstoffblond" Bleichmittel (Papierindustrie) Sauerstofflieferant (Desinfektionsmittel, 3%) Darstellung von Sauerstoff im Labor durch Zersetzung von 2 2 ( > ) Natriumperoxid plus Sägemehl 81 Phasendiagramm von 2 (Druck-Temperatur-Diagramm) T: Tripelpunkt K: kritischer Punkt S: Siedepunkt G: Schmelzpunkt (Gefrierpunkt) Kurve TK: Dampfdruckkurve Kurve BT: Schmelzkurve Kurve AT: Sublimationskurve Besonderheit des Wassers: Smp. sinkt mit steigendem p Stoff dehnt sich beim Gefrieren aus 82 Schwefel (6. auptgruppe) Sulfide Verschiedene Modifikationen beim Erwärmen Viele Metalle liegen als Sulfidmineralien vor S 8 Molekül (Kronenstruktur) Gewinnung durch rasch-verfahren (durch heisses Wasser verflüssigter Schwefel wird aus den unterirdischen Lagern durch Druckluft herausgepumpt 83 Antimonsulfid In der analytischen Chemie werden viele Metallionen zum Nachweis als Sulfide gefällt (schwerlöslich und oft auch charakteristische arben) ällung erfolgt mit Schwefelwasserstoff ( 2 S: Geruch nach faulen Eiern, giftig) 84

15 Schwefelsäure Schwefeldioxid, schweflige Säure Schwefelsäure: Darstellung durch Verbrennen von Schwefel und anschliessender xidation des gebildeten S 2 mit Sauerstoff zu S 3 am Katalysator Schwefeldioxid, S 2, ist ein Umweltgift, welches bei Verbrennungen gebildet wird (saurer Regen). In Industrieanlagen erfolgt Rauchgasentschweflung. S + 2 -> S 2 2 S > 2 S 3 S 3 wird in konzentrierte 2 S 4 eingeleitet, danach verdünnt, um die Schwefelsäure zu erhalten S 2 reagiert mit Wasser zur schwefligen Säure 2 S 3 die desinfizierend wirkt (Weinfässer, Trockenfrüchte, etc.) S S 4 -> 2 S S > 2 2 S Stoffchemie der Elemente C, N, P ulleren Im PSE in der 4. und 5. G Kohlenstoff - organische Chemie Vorkommen C in verschiedenen Modifikationen als Graphit, Diamant und ulleren (z. B. ußball C 60 ) Chemie des Kohlenstoffs Elementverbindung, z. B. mit Calcium: CaC 2 (Calciumcarbid) erzeugt mit Wasser Acetylen (Ethin) -> organische Chemie Verbrennung von C führt zu C oder C 2 (Lavoisier-Experiment) C 2 (wichtig: Ausatmung, Photosynthese) C 2 ist Säureanhydrid der Kohlensäure ( 2 C 3 ) Carbonate sind die Salze der Kohlensäure 89