Chemische Reaktionen

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1 Ein paar Worte zuvor 7 Stoffe und ihre Eigenschaften 1 Reine Stoffe und Gemische 10 2 Aggregatzustände, Dichte, Löslichkeit, Brennbarkeit und Leitfähigkeit 12 3 Trennverfahren 19 Auf einen Blick: Stoffe und ihre Eigenschaften 24 Aufbau der Materie 1 Elemente und Verbindungen 26 2 Atome, Elementarteilchen, Moleküle und Ionen 27 3 Modellvorstellungen des Atoms 31 Auf einen Blick: Aufbau der Materie 40 Periodensystem der Elemente (PSE) 1 Aufbau und Periodizität 42 2 PSE und Atombau 45 3 Isotope und Radioaktivität 49 4 Stellung im PSE und Eigenschaften der Elemente 53 Auf einen Blick: Periodensystem der Elemente (PSE) 56 Chemische Reaktionen 1 Definitionen, Symbole, Formeln und Gleichungen 58 2 Massengesetze 64 3 Stoffmenge Mol 66 4 Energetik chemischer Reaktionen 71 5 Chemisches Gleichgewicht 75 6 Stöchiometrische Berechnungen 77 Auf einen Blick: Chemische Reaktionen 80 3

2 Chemische Bindungen 1 Ionenbindung 82 2 Atombindung 89 3 Metallbindung 94 4 Zwischenmolekulare Kräfte 95 Auf einen Blick: Chemische Bindungen 96 Chemie der Elemente 1 Wasserstoff 98 2 Alkalimetalle (I. Hauptgruppe) Erdalkalimetalle (II. Hauptgruppe) Borgruppe (III. Hauptgruppe) Kohlenstoffgruppe (IV. Hauptgruppe) Stickstoffgruppe (V. Hauptgruppe) Sauerstoffgruppe (VI. Hauptgruppe) Halogene (VII. Hauptgruppe) Edelgase (VIII. Hauptgruppe) 142 Auf einen Blick: Chemie der Elemente 144 Säuren, Basen, Salze 1 Säure- und Base-Definitionen Salze Indikatoren Autoprotolyse des Wassers ph-wert Säure-Base-Titration 158 Auf einen Blick: Säuren, Basen, Salze 160 Redoxsysteme 1 Oxidation, Reduktion und Redoxreaktion Aufstellen von Redoxgleichungen Grundlagen der Elektrochemie 180 Auf einen Blick: Redoxsysteme 192 4

3 Luft und Wasser 1 Luft Wasser 206 Auf einen Blick: Luft und Wasser 216 Organische Chemie und Biochemie 1 Organische Chemie Biochemie 250 Auf einen Blick: Organische Chemie und Biochemie 256 Chemische Industrie 1 Energieträger und Rohstoffe Grundprodukte Endprodukte 269 Auf einen Blick: Chemische Industrie 272 Anhang Wichtige Begriffe 273 Register 279 5

4 Aufbau der Materie 1 Elemente und Verbindungen Elemente und Verbindungen Reinstoffe, die sich nicht durch chemische Reaktionen in andere Stoffe zerlegen lassen, werden Elemente genannt. Verbindungen hingegen setzen sich aus mindestens zwei Elementen zusammen und lassen sich durch chemische Reaktionen wieder in ihre Ausgangselemente überführen. Am Beispiel des Kochsalzes (Natriumchlorid) wird deutlich, dass die physikalischen und chemischen Eigenschaften einer Verbindung sich gänzlich von denen ihrer Ausgangselemente unterscheiden können. Während sich Kochsalz friedlich in Wasser löst und als Speisesalz in keinem Haushalt fehlt, ist Natrium ein Metall, das heftig mit Wasser reagiert, und Chlor ein giftiges Gas. Synthese und Analyse Die chemische Reaktion zweier Elemente zu einer Verbindung wird Synthese genannt; die Rückreaktion, also die Aufspaltung in die Elemente, bezeichnet man als Analyse. Synthese Element + Element Verbindung Analyse Qualitative und quantitative Analyse Diese Definitionen werden heute jedoch großzügiger ausgelegt: Unter Synthese versteht man ebenso die Herstellung einer komplexeren Verbindung aus bereits bestehenden einfacheren Verbindungen; als Analyse wird auch das Ermitteln der Zusammensetzung von Stoffen und Gemengen bezeichnet. Man unterscheidet hier zwischen der qualitativen (Art der Bestandteile) und der quantitativen (Anteil der Bestandteile) Analyse. Eine Zerlegung des Stoffes in seine Elemente ist hier eher die Ausnahme. 26

5 Atome, Elementarteilchen, Moleküle und Ionen 2 Atome, Elementarteilchen, Moleküle und Ionen 2.1 Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen Flüssigkeiten erscheinen uns selbst bei Betrachtung unter dem Mikroskop als lückenloses Gefüge. Es wäre also zu erwarten, dass sich bei der Vermischung zweier Flüssigkeiten deren Volumina verlustfrei addieren. Mischt man jedoch 50 ml Wasser mit 50 ml Ethanol (Trinkalkohol), so erhält man in der Summe lediglich 96 ml einer alkoholischen Lösung. Dieses Phänomen der Volumenverringerung lässt den Schluss zu, dass Flüssigkeiten aus kleinsten, kugelähnlichen Teilchen bestehen, die untereinander gleich groß sind, von Flüssigkeit zu Flüssigkeit jedoch eine unterschiedliche Größe einnehmen können. In unserem Beispiel erlaubt es dieser Größenunterschied, dass die kleineren Teilchen (die des Wassers) in den Zwischenräumen der größeren Teilchen (der des Alkohols) teilweise aufgenommen werden. Das Geheimnis der Volumenverringerung 50 ml 50 ml 96 ml Kugelmodell zur Volumenverringerung. Die kleineren Kugeln werden zum Teil in den Zwischenräumen der größeren aufgenommen. Da nahezu jeder Stoff durch geeignete Wahl der Temperatur und des Druckes in eine Flüssigkeit überführt werden kann, ist zu erwarten, dass das beobachtete Phänomen für sämtliche Stoffe gilt. Die Modellvorstellung der kleinsten Kugelteilchen ist deshalb auf alle Stoffe übertragbar. Modell der kleinsten Kugeln 27