Allgemeine und anorganische Chemie

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1 Allgemeine und anrganische Chemie Rückblick - Gemische und Reinstffe Bezeichnung Aggregatzustände Beispiel Chemie für Studierende des Lehramtstudiengangs Grund-, Haupt- und Realschule: Schwerpunkt Grundschule Gemenge Legierung Suspensin Lösung fest fest fest fest fest flüssig fest flüssig Granit (Quarz, Glimmer) hetergen Messing (Kupfer / Zink) hmgen Dispersinsfarbe hetergen Salz in Wasser hmgen Emulsin flüssig flüssig Milch hetergen WS 2007/ Silke Kls Elke Sumfleth Rauch Nebel Gasgemisch fest gasförmig flüssig gasförmig gasförmig gasförmig Ruß in Luft Despray Luft hetergen hetergen hmgen Rückblick -Trennung vn Stffgemischen Stffgemische lassen sich durch physikalische Methden in ihre Reinstffe trennen Sieben Sedimentieren / Dekantieren Filtratin Abdampfen / Destillatin Extraktin Chrmatgraphie Rückblick - Trennung vn Stffgemischen Zur Trennung werden die Eigenschaften der Reinstffe ausgenutzt Trennverfahren Sieben / Filtrieren Sedimentieren / Dekantieren Abdampfen / Destillatin Extraktin Chrmatgrafie Genutzte Eigenschaft Partikelgröße Dichte Siedetemperatur Löslichkeit Adhäsinskraft / Löslichkeit Beispiel Sand - Wasser Sand - Wasser Salz Wasser Alkhl - Wasser Öl - Saatgut Farbstffgemische 1

2 Stfftrennung durch Destillatin Stfftrennung durch Chrmatgraphie Statinäre Phase Mbile Phase Vm Stff zum Atm Physikalische versus chemische Vrgänge Stff physikalischer Vrgang: Reinstffe durch physikalische Methden Trennung in Stffgemisch Reinstff??? durch physikalische Methden keine Trennung durch andere Methden Trennung möglich??? Ein Stff wechselt vn einem Aggregatzustand in einen anderen Der Stff und die charakteristischen Eigenschaften bleiben erhalten Daher kann man slche Vrgänge zum Trennen vn Stffen ausnutzen 2

3 Physikalische versus chemische Vrgänge Die chemische Reaktin chemischer Vrgang: Chemische Reaktin = Stffumwandlung Kennzeichen einer chemischen Reaktin Ein Stff wandelt sich in einen neuen Stff um, der andere Eigenschaften besitzt Zum Trennen vn Stffen eignen sich chemische Vrgänge deshalb nicht Änderung der Stffeigenschaften Farbänderung Niederschlagsbildung Gasbildung Energieumsatz Erwärmung / Abkühlung Lichterscheinung Elektrische Energie Die chemische Reaktin Die chemische Reaktin Fachliche Darstellung chemischer Vrgänge in Kurzfrm (Reaktinsgleichung, - schema) Ausgangsstffe Endstffe (Edukte) reagieren zu (Prdukte) Klassische Unterteilung chemischer Reaktinen Analyse Ein Stff wird in mehrere Bestandteile zerlegt Wrtgleichung: Zink + Salzsäure Symblgleichung: Zinkchlrid + Wasserstff Synthese Ein Stff wird aus mehreren Bestandteilen aufgebaut Zn + 2 HCl ZnCl 2 + H 2 3

4 Energieumsatz bei chemischen Reaktinen Energieumsatz bei chemischen Reaktinen Erwärmung bei einer chem. Reaktin: Die Prdukte besitzen eine geringere chemische Energie als die Edukte, die Differenz wird an die Umgebung abgegeben. Extherme Reaktin Abkühlung bei einer chem. Reaktin: Die Prdukte besitzen eine größere chemische Energie als die Edukte, die Differenz muss aus der Umgebung aufgenmmen werden. Endtherme Reaktin Aktivierungsenergie: Oft muss bei einer exthermen Reaktin erst Energie eingesetzt werden, um die Reaktin zu starten, danach ist keine weitere Energiezufuhr nötig E E E Aktivierungsenergie Edukte Prdukte E A Prdukte Edukte Edukte Prdukte Energieabgabe Energieumsatz bei chemischen Reaktinen Vm Stff zum Atm Stff durch physikalische Methden Trennung in Stffgemisch Reinstff durch physikalische Methden keine Trennung durch andere Methden Trennung möglich??? Reinstffe??? 4

5 Vm Stff zum Atm Vm Stff zum Atm keine weitere Auftrennung möglich Element Qualität der kleinsten Teilchen einheitlich Reinstff aus kleinsten Teilchen zusammengesetzt weitere Auftrennung durch chemische Methden möglich Verbindung Qualität der kleinsten Teilchen uneinheitlich Stff Element Stffgemisch Reinstff Verbindung Atm Anzahl unterschiedlicher Teilchen = 1 Mlekül Anzahl unterschiedlicher Teilchen > 1 Salz Anzahl unterschiedlicher Teilchen > 1 Atm Atm A Mlekül Atm B Salz Teilchenstruktur der Materie Atme: Elemente bestehen aus kleinsten, chemisch nicht mehr teilbaren Teilchen, den Atmen. Die Atme haben eine für jedes Element charakteristische Masse und Größe. (Jhn Daltn) Mdelldarstellung Mlekülverbindungen Verbindungen: Teilchen, die aus mehreren Atmsrten zusammengesetzt sind Atm A + Atm B Mlekül AB Atme C + 2 Atme B Mlekül CB 2 Atm A + Atm A Mlekül A 2 Mdelldarstellung Atm A Atm B Atm C Mlekül AB Mlekül CB 2 Mlekül A 2 5

6 Vm Atm zur Verbindung Energieprinzip Vm Atm zur Verbindung Entrpieprinzip Alle Stffe kmmen nur in einem für sie günstigen Energiezustand vr Chemische Reaktinen sind grundsätzlich vn Energieänderungen begleitet. Dabei wird der energieärmste Zustand angestrebt. Chemische Reaktinen sind grundsätzlich vn Entrpieänderungen begleitet. Dabei verändert sich das Maß der Ordnung der Teilchen. Dabei wird stets ein ungerdneterer Zustand angestrebt. Vm Atm zur Verbindung Vm Atm zur Verbindung Verbindungen entstehen bei einer chemischen Reaktin Es handelt sich dabei um eine Umgruppierung der Atme der Edukte. Es entstehen keine neuen Atme, die vr der Reaktin nicht vrhanden waren (Ausnahme: Radiaktiver Zerfall) Es werden keine Atme vernichtet Verbindungen haben stets ein gleich bleibendes Verhältnis an Atmen Gesetz vn der Erhaltung der Masse Die Gesamtmasse vn Edukten und Prdukten bei einer chem. Reaktin bleibt gleich Gesetz der knstanten Prprtinen In einer chem. Verbindung sind die Elemente in einem bestimmten Massenverhältnis enthalten Gesetz der multiplen Prprtinen Bilden zwei Elemente verschiedene Verbindungen miteinander, dann stehen die Massen beider Elemente in diesen Verbindungen im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen 6

7 Erklärung mit dem Atmmdell Vm Aufbau der Atme zum PSE Wie kann man flgende Bebachtung mit dem Atmmdell vn Daltn erklären? Versuch: Ablenkung eines Wasserstrahls durch aufgeladenen Kunststffstab Gar nicht! Zur Erklärung ist eine Erweiterung des Mdells ntwendig! Atme müssen Ladungsträger enthalten Wrin gleichen und wrin unterscheiden sich die Atme der unterschiedlichen Elemente? Sie sind alle aus den drei verschiedenen Elementarteilchen: Prtnen, Neutrnen und Elektrnen zusammengesetzt, aber jede Atmsrte hat eine andere Kernladungszahl! Aufbau vn Atmen Erklärung mit dem Atmmdell Es gibt verschiedene Mdellvrstellungen zum Aufbau vn Atmen. Thmsn pstulierte das Rsinenkuchenmdell Wie kann man flgende Bebachtung mit dem Atmmdell vn Thmsn erklären? Mdellvrstellung: - psitiv geladener Kern - negativ geladene Hülle Mdell eines Wasserstffatms 7

8 Erklärung mit dem Atmmdell Das Schalenmdell nach Bhr Wie kann man flgende Bebachtung mit dem Atmmdell vn Thmsn erklären? Gar nicht! Zur Erklärung ist eine Erweiterung des Mdells ntwendig! Energie wird in diskreten Energieprtinen abgegeben Atmkern enthält: - psitiv geladene Prtnen - nicht geladene Neutrnen Atmhülle enthält: - negativ geladene Elektrnen - besteht aus Elektrnenschalen Atme sind nicht geladen Anzahl Elektrnen = Anzahl Prtnen = Kernladungszahl = Ordnungszahl Mdell eines Sauerstffatms Das Schalenmdell nach Bhr Vm Atm zum Peridensystem der Elemente Elektrnen umkreisen den Kern in festen Abständen um den Atmkern jede Elektrnenschale entspricht einer bestimmten Energiestufe Alle Elemente sind im Peridensystem der Elemente (PSE) nach Prinzipien gerdnet aufgeführt. Welche kennen Sie? je Energiestufe können nur eine bestimmte Anzahl Elektrnen aufgenmmen werden maximale Besetzung einer Schale ist 2n 2 (n = Nummer der Schale) 8

9 Das Peridensystem der Elemente Peridensystem der Elemente (PSE) Einteilung in Hauptgruppen (Elementfamilien) gleiche Anzahl an Elektrnen auf der äußeren Schale Einteilung in Periden gleiche Anzahl an Elektrnenschalen, die mit mindestens einem Elektrn besetzt sind Einteilung nach Ordnungszahlen steigende Prtnenzahl Peridensystem der Elemente Peridensystem der Elemente (PSE) Wie ist das PSE aufgebaut? Welche Infrmatinen erhält man aus der Kenntnis der Stellung eines Elementes im PSE? 9

10 Peridensystem der Elemente Peridensystem der Elemente Reaktivität des Elements extrem reaktinsträge Peridensystem der Elemente Peridensystem der Elemente Der metallische Charakter eines Elements nimmt vn rechts nach links und vn ben nach unten zu Metalle: links unten / Nichtmetalle: rechts ben Die Reaktivität der Metalle nimmt vn links nach rechts und vn ben nach unten zu Die Reaktivität der Nichtmetalle nimmt vn rechts nach links und vn unten nach ben zu Wie ist das PSE aufgebaut? Welche Infrmatinen erhält man aus der Kenntnis der Stellung eines Elementes im PSE? Welche Einzelinfrmatinen über die Elemente erhält man aus einem PSE? 10

11 Peridensystem der Elemente (PSE) Peridensystem der Elemente (PSE) Prtnenzahl = Elektrnenzahl = Ordnungszahl Peridensystem der Elemente (PSE) Peridensystem der Elemente (PSE) Atmmasse = Masse der Prtnen + Masse der Neutrnen Elementsymbl und Elementname Masseneinheit ( u ) Die Masse eines Mls eines Elementes entspricht seiner Atmmasse Silke Kls Allgemeine in Gramm. und Anrganische Chemie I WS 2007/08 11

12 Peridensystem der Elemente (PSE) Peridensystem der Elemente (PSE) kennzeichnende Stffeigenschaften Elektrnegativität = Bestreben eines Atms, Elektrnen aus einer Bindung an sich zu ziehen. Sie steigt vn links nach rechts und vn unten nach ben im PSE. Die chemische Symblsprache Die chemische Zeichensprache dient zur einfachen Beschreibung chemischer Vrgänge. Ein Element wird hierbei durch eine Abkürzung aus ein der zwei Buchstaben repräsentiert Beispiele Chlr Cl Sauerstff (Oxygenium) O Wasserstff (Hydrgenium) H Stickstff (Nitrgenium) N Schwefel (Sulfur) S Khlenstff (Carbneum) C Chemische Symbl- und Frmelsprache Bei chemischen Frmeln werden die Elementsymble aneinandergereiht. Durch den Index innerhalb der Frmel (kleine tiefgestellte Ziffer) wird angezeigt, b die Atmsrte mehr als einmal in dem Mlekül vrkmmt. 1 = -mn- 2 = -di- 3 = -tri- 4 = -tetra- 5 = -penta- Beispiele: CO = Khlenstffmn()xid CO 2 = Khlenstffdixid Fe 3 O 4 = Trieisentetraxid Durch einen Index vr der Frmel wird angezeigt, dass mehrere Anteile dieses Stffes für die Reaktin ntwendig sind. 12

13 Übungen Welches Symbl hat Calcium? Mit welchem Element könnte man es leicht verwechseln? Wie viele Elektrnen hat es? Wie viele Valenzelektrnen hat es? In welcher Schale befinden sich die Valenze.? Wie viele Neutrnen hat es? Ist es ein Metall? Wie viele Neutrnen hat Lithium? Wie reaktiv ist es? 13

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