Chemische Grundbegriffe

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1 Chemische Grundbegriffe Arbeitsauftrag: 1. Lesen Sie sich jedes Kapitel einzeln auf dem Textblatt genau durch. 2. Lesen Sie die zu den Kapiteln die Fragen ganz genau durch. 3. Lösen Sie die Aufgaben zu dem Kapitel. 1. Materie lat. = Stoff Stoffe bilden die Grundlage für die belebte und unbelebte Natur. Die meisten Stoffe sind aus mehreren Stoffen zusammengesetzt. So besteht der Stoff Wasser z.b. aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff. Aufgabe: Beispiele: 1. Nennen Sie 3 Beispiele für Stoffe die im Garten- und Landschaftsbau häufig sind! 2. Elemente sind Stoffe, die sich nicht mehr in andere Stoffe zerlegen lassen. Heute sind über 100 Elemente bekannt. Sie weisen unterschiedliche Eigenschaften auf und kommen abhängig von der vorherrschenden Temperatur und Druck als Feststoff, Gas oder Flüssigkeit vor. Symbole: In der chemischen Fachsprache werden Elemente mit Symbolen gekennzeichnet. In der Regel sind das die Anfangsbuchstaben ihrer lateinischen oder griechischen Namen. (siehe Tabelle) Folgender Merksatz enthält die neun wichtigsten Pflanzennährelemente, die ihr ab jetzt niiiiiiiie!!!!! mehr vergessen dürft. (Nährelemente sind in Großbuchstaben versteckt) Merksatz: C O H N S Pferd Mag CalK Aufgaben: a. Was versteht man unter einem Element! Nennen Sie 3 Beispiele! b. In welchen Zuständen können Elemente vorkommen? c. Nehmen Sie das Tabellenblatt mit Tab.1 zur Hand. Kreisen Sie mithilfe der Tabelle die 9 Nährelemente im Merksatz ein! d. Sortieren Sie die Nährelemente so, dass jeweils die Nährelemente, die die Pflanze über die Luft bzw. aus dem Boden aufnimmt untereinander stehen. e. Tragen sie die neun Nährelemente mit Namen und Symbol in die Tabelle auf der Rückseite ein f. Malen Sie die Nährelemente aus der Luft und Wasser blau, die Kernelemente N,P,K rot, und die restlichen Hauptnährelemente gelb. 1

2 3. Atom(von atomos = griech. unteilbar) Das Atom ist das kleinste Teilchen eines chemischen Stoffes oder Elements. Es besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle. Der Atomkern besteht wiederum aus Protonen, das sind positiv (+)geladene Teilchen und Neutronen, das sind elektrisch neutrale Teilchen. Insgesamt ist der Atomkern also positiv geladen. Die Atomhülle wird aus sehr kleinen elektrisch negativ (-) geladenen Elektronen gebildet. Sie bewegen sich auf festgelegten Bahnen, so genannten Schalen um den Atomkern. In einem Atom stimmt die Anzahl der negativ geladenen =(-) Elektronen mit der Anzahl der positiv geladenen (+)Protonen überein. Daher ist ein allein stehendes Atom ist nach außen hin elektrisch neutral. Beispiel: Das Sauerstoffatom besitzt 8 Protonen und 8 Neutronen im Atomkern. Die Atomhülle besteht aus 2 Schalen. Auf der innersten Schale kreisen 2, auf der Außenschale 6 Elektronen. Einen Überblick über die Atome der Elemente und deren Eigenschaften verleiht uns das PERIODENSYSTEM. (siehe Buch S. 288) Kurzer Überblick über das Periodensystem: Alle Elemente die in einer Spalte untereinander stehen, sind in einer Gruppe und haben die gleiche Anzahl an Außenelektronen. = Gruppennummer Gruppe I 1 Außenelektron Alle Elemente die in einer Zeile nebeneinander stehen, sind in einer Periode. Elemente einer Periode besitzen die gleiche Anzahl an Elektronenhüllen. Periode 1 1 Schale Aufgaben: a) Zeichnen sie mit Hilfe der Beschreibung (siehe Beispiel) ein Sauerstoffatom, das elektrisch neutral ist. Beschriften Sie die Zeichnung und geben Sie die Ladungen der Atombestandteile mit +/- an. b) Was sind Protonen, Neutronen und Elektronen? c) Aufgaben zum und mit dem Periodensystem! 2

3 4. Moleküle und chemische Verbindungen Atome kommen selten alleine vor. Sie gehen meistens mit anderen Atomen Verbindungen ein. Moleküle sind Verbindungen aus zwei oder mehreren Atomen. Beispiel: Die gasförmigen Elemente wie Sauerstoff (O), Stickstoff (N) und Wasserstoff (H) treten in der Natur nicht als einzelne Atome, sondern als Moleküle aus zwei gleichen Atomen auf (O2, N2, H2). In der Natur liegen die meisten Stoffe als chemische Verbindung vor. D.h. sie sind aus zwei oder mehreren Elementen zusammengesetzt. Das Molekül ist der kleinste Teil einer chemischen Verbindung. Beispiel: Wasser besteht aus den Elementen Wasserstoff und Sauerstoff. 1 Molekül Wasser besteht aus 2 Atomen Wasserstoff (H) und 1 Atom Sauerstoff (O). In der chemischen Fachsprache wird die Molekülbildung so dargestellt: 2H + O H2O Warum ist das so? Jedes Atom versucht auf seine Außenschale mit 8 Elektronen zu besetzen. Dazu gehen die Atome eine Bindung mit einem oder mehreren anderen Atomen ein. Einige Atome geben dabei Elektronen an den Bindungspartner ab. Andere nehmen Elektronen vom Bindungspartner auf. Was bedeuten denn die Zahlen? Kleine Zahlen unterhalb eines chemischen Symbols z.b. H2 geben die Anzahl der Atome in einem Molekül anh.2 bedeutet, dass das Wasserstoff-Molekül aus 2 Wasserstoff-Atomen besteht. Große Zahlen vor einer chemischen Formel kommen nur in chemischen Gleichungen vor. Wenn z.b. beschrieben wird wie aus Sauerstoff und Wasserstoff Wasser entsteht. Dann müssen auf beiden Seiten der Gleichung von jedem Stoff gleich viele Atome vorhanden sein. Denn Stoffe können nicht einfach verschwinden. 2H2 + O2 2H2O bedeutet, dass aus 2 Wasserstoffmolekülen und 1 Sauerstoff-Molekül 1 Wassermoleküle entstehen. Die 1 wird in der Chemie nicht geschrieben. 5. Die Ionenbindung Aufgaben: a) Was versteht man unter einem Molekül? b) In welcher Form treten die gasförmigen Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff auf? (Antwort in chem. Symbolen) c) Benennen Sie die Elemente von Wasser! (chem. Formel + Namen) Wie viel ist von welchem Element enthalten. d) Übung 3

4 5. Was ist ein Ion? Geladene Atome heißen Ionen. Bei einem elementaren Atom stimmen die Anzahl der Elektronen mit der Anzahl der Protonen im Atomkern überein. Diese Atome sind nach außen hin neutral. Die Anzahl der Protonen kann nicht verändert werden. Nun können Atome Elektronen (negative Ladung) abgeben bzw. aufnehmen. Gibt ein Atom ein Elektron ab, dann ist es positiv geladen. Nimmt ein Atom ein Elektron auf, dann ist es negativ geladen. Positiv geladene Atome heißen Kationen. Negativ geladene Atome heißen Anionen. Wie erkenne ich ein Ion? und was bedeuten die Vorzeichen +/- und die Zahlen? Ob es sich um ein Atom oder Ion handelt erkennt man an der chemischen Formel einer Verbindung. Steht hinter dem chemischen Symbol oberhalb der Buchstaben ein Vorzeichen + oder, z.b. K +, dann ist es ein Ion bzw. eine Ionenverbindung. Das Vorzeichen gibt an, ob es sich um ein Anion (neg. geladen) oder Kation (pos. geladen) handelt. Steht nun vor dem +/- noch eine Zahl z.b. Mg 2+, dann bedeutet das, dass das Magnesium Atom 2 Elektronen abgegeben hat und 2 positive Ladungen trägt. Für Wissbegierige: Die Oktettregel besagt, dass jedes Atom versucht seine Außenschale mit 8 Elektronen (Oktett) zu besetzen. Atome, die mehr als 8 Elektronen auf der äußeren Schale besitzen geben Elektronen ab und werden zu Kationen. Die Anzahl der abgegebenen Elektronen bestimmt die Ladung des Ions. Z.B. Mg gibt 2 Elektronen ab und wird zu Mg 2+ -Ion. Atome, die auf der Außenschale weniger als 8 Atome besitzen, nehmen bevorzugt Elektronen auf. Sie sind daher negativ geladen. So nimmt z.b. Cl das 7 Außenelektronen hat stets ein Elektron auf und wird zu einem Cl - Ion Außenschale sind. Die Anzahl der abgegebenen bzw. aufgenommenen Elektronen bestimmt die sog. Wertigkeit des Atoms. Grundsätzlich geben alle Metalle wie z.b. Eisen, Magnesium gerne Elektronen ab. Nicht-Metalle wie z.b. Schwefel, Chlor etc. nehmen gerne Elektronen auf. Negative und positive Ladungen ziehen sich an. Somit ziehen sich auch Kationen und Anionen gegenseitig an und bilden ein Molekül. Moleküle, die durch die Anziehung von Ionen entstehen heißen Ionenverbindung. Viele Ionen bilden ein Ionengitter. So entstehen Salze Beim Salz sind positive und negativ geladene Ionen fest miteinander verbunden. Aufgaben: a) Was ist ein Ion? b) Was ist ein Kation, was ist ein Anion? Wie entstehen diese? c) Was ist ein Salz? Beschriften Sie die Zeichnung! d) Wie nennt man Moleküle aus Ionen? e) Fragen beantworten! f) Übung 4

5 6. Wie liegen die Pflanzennährstoffe vor? Eine Pflanze benötigt 16 verschiedene Nährstoffe. Neun davon braucht sie in großen Mengen; die Hauptnährstoffe. sieben braucht sie in kleinen Mengen; die Spurennährstoffe. Die Nährelemente C und O bekommt die Pflanze aus der Luft. Den H aus dem Wasser. Diese Nährelemente werden als Molekül von der Pflanze aufgenommen. Sie heißen nichtmineralische Elemente. Wie liegen die Pflanzennährstoffe im Boden vor? Die anderen Nährstoffe nimmt die Pflanze als Ionen aus dem Boden auf. Sie werden auch mineralische Nährstoffe genannt. Die in großer Menge benötigten Nährstoffe N, P, K heißen Kernnährstoffe. Mineralische Nährstoffe schwimmen als Ionen im Bodenwasser und sind entweder positiv (Kation) oder negativ (Anion) geladen. Eigentlich müssten die Ionen sich gegenseitig anziehen und Salze bilden. Das passiert jedoch nicht, so lange ausreichen Wasser vorhanden ist. Warum ist das so? Wasserteilchen haben eine positive und eine negative Seite. Bei ausreichend Wasser sind alle Ionen von Wassermolekülen umringt. D.h. die Nährionen sind im Wasser gelöst. Nur so kann die Pflanze die Nährstoffe über die Wurzeln aufnehmen Bei ausreichend Wasser sind Ionen in Wasser gelöst. Bei Wassermangel beobachten wir die Salzbildung. Die Nährstoffe sind dabei nichts anderes als gelöste Salze, die mit Wassermolekülen umgeben sind (siehe oben). In mineralischen Düngern (=Dünger in Salzform) liegen die Nährstoffe als Salz vor. Erst wenn das Düngesalz mit Wasser gelöst wird, können die Nährstoffe von der Pflanze aufgenommen werden. Wir haben vereinfacht gelernt welche Nährelemente die Pflanze braucht (z.b. N,P,K ). In der Tabelle 2 auf dem Tabellenblatt sehen Sie in welcher Form die Nährstoffe tatsächlich aufgenommen werden. 5

6 Aufgaben: a) Füllen Sie den Lückentext aus? b) Tragen sie die Nährstoffe in die Tabelle ein. Malen sie die Tabelle wie folgt aus! nichtmineralischen Nährstoffe blau, Kernnährstoffe rot, mineralische Hauptnährstoffe gelb, Spurennährstoffe gelb schraffiert. c) Beschriften Sie das Wassermolekül und tragen sie Ladungsverteilung ein! d) Beschriften Sie Bild 2 und geben Sie dem Bild die passende Überschrift. e) Geben Sie Bild 3 eine Überschrift die den Vorgang des Bildes beschreibt + beschriften sie das Bild 3+4. f) Was sind mineralische Nährstoffe aus chemischer Sicht? g) Was müssen Sie als Gärtner beim Düngen berücksichtigen? h) Füllen Sie mithilfe der Tabelle 2 (Tabellenblatt), die Tabelle auf dem Merkblatt richtig aus! 6

7 Tabellen Tabelle1: Wichtige chemische Elemente und ihre Symbole Umgangssprache Symbol Fachsprache Aluminium Al Aluminium Bor B Borum Chlor Cl Chlorum Eisen Fe Ferrum Kalium K Kalium Kalzium Ca Calcium Kohlenstoff C Carbonium Magnesium Mg Magnesium Mangan Mn Manganium Molybdän Mo Molybdän Natrium Na Natrium Phosphor P Phosphorium Sauerstoff O Oxygenium Schwefel S Sulfur Silizium Si Silicium Stickstoff N Nitrogenium Wasserstoff H Hydrogenium Kadmium Cd Cadmium Blei Pb Plumbonium Quecksilber Hg Hydragyrum Zink Zn Zink Tabelle 2: Nährelemente und ihre Ionenform als Nährstoff für die Pflanze Umgangssprache Symbol Stickstoff Ammonium NH 4 + Nitrat NO 3 - Phosphor Phosphat H2PO4 - oder HPO4 2- (Dihydrogenphosphat) Kalium K + Kalzium Ca 2+ Magnesium Mg 2+ Schwefel SO 4 2- Sulfat Eisen Fe 2+ Mangan Mn 2+ Zink Zn 2+ Kupfer Cu 2+ Bor H2BO3 - Borat Molybdän MoO4 2- Molybdat (Hydrogenphosphat) 7

8 Chemische Grundlagen 1. Stoffe und Materie: Beispiele für Stoffe Beispiele: 2. Elemente a) Definition Element= Beispiel: b) Elemente können im, und Zustand vorkommen. c) Merksatz: C O H N S Pferd Mag CalK Wichtige Nährelemente Symbol 8

9 3. Das Atom Das Sauerstoffatom Protonen = Neutronen= Elektronen = 1. Schreibe in die Kästchen an der Tabelle die Bezeichnungen Gruppe und Periode. 2. Zeichne vor jede Periode ein Atom mit der passenden Anzahl an Elektronenhüllen. (sh. Periode 1) 3. Zeichne zu jeder Gruppe eine Außenschale mit der passenden Anzahl an Außenelektronen! (sh. Gruppe 1) 4. Zeichne alle Nährelemente die für das Pflanzenwachstum wichtig sind in das leere Periodensystem ein. (Nur Elemente aus den Hauptgruppen!). Verwende dazu das Periodensystem im Buch S I II III IV V VI VII VIII

10 4. Moleküle und chemische Verbindungen a) Definition Molekül = b) Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff liegen in der Natur häufig als vor. c) Das Wassermolekül besteht aus: d) Übung: Benennen Sie Elemente und Anzahl der Atome folgender Verbindungen: H2SO4 = Schwefelsäure NH3 = Ammoniak = CO2 Schreiben Sie für folgende Verbindungen die Chemische Formel auf! Salzsäure besteht aus einem Wasserstoffatom und einem Chloratom. Salzsäure = Traubenzucker besteht aus 6 Kohlenstoff-Atomen, 12 Wasserstoff-Atomen, 6 Sauerstoffatomen Traubenzucker = kohlensauere Kalk besteht aus: 1 Calciumatom, einem Kohlenstoffatom und drei Sauerstoffatomen. = Branntkalk besteht aus einem Calciumatom und einem Sauerstoffatom =. Vervollständigen sie folgende chemische Gleichung richtig! d.h. setzte vor den Molekülen, falls nötig die richtige Zahl ein. (kgv!) H 2 + O 2 Mg + O 2 H 2 O MgO...C + O > CO 2 Übung für Schnelle und Tüftler..N 2 + H > NH 3.Na + H 2 O > NaOH + H 2.NH 3 + O > N 2 + H 2 O.Ca + H 2 O > Ca(OH) 2 + H 2.CO2 +. H2O + Lichtenergie. C6H12O6 +.O2 +. H2O 10

11 LA 5. Die Ionenbindung a) Ion = b) Kation = entsteht durch Anion = entsteht durch c) Salz = d) Molekül aus Ionen= Was gibt +/- in einer chemischen Formel oberhalb hinter den Buchstaben an?.. Was bedeutet die Zahl vor dem +/- z.b. bei Fe 2+. Was bedeutet z.b. Ca 2+?. Metalle liegen oft als Ion vor. Warum ist das so?. Welche Ladung haben Metall-Ionen? Übung: Benennen Sie die passende chemische Formel für folgenden Ionen und Ionenverbindungen: Ammonium besteht aus 1 Stickstoff und 4 Wasserstoffionen und ist einfach positiv geladen. Ammonium = Nitrat besteht aus 1 Stickstoff und 3 Sauerstoffatomen. Die Verbindung ist einfach positiv geladen. Nitrat=. Eisen ist ein Metall und gibt gerne Elektronen ab. Oft gibt es 3 Elektronen ab. Eisen-Ion =.. Das Sulfat-Ion besteht aus einem Schwefelatom und vier Sauerstoffatomen. Es gibt gerne zwei Elektronen ab. Sulfat-Ion =.. 11

12 6. Pflanzennährstoffe a) Pflanzen können Nährelemente aus dem Boden nur in Form von aufnehmen. Die Nährelemente aus der Luft und werden als aufgenommen. b) Tabelle Hauptnährstoffe C O H N P K Ca Mg S c)1. Wassermolekül Spurennährstoffe Fe Mn Zn Cu B Mo Cl d)2. e)

13 f) Mineralische Nährstoffe im Boden = g) Was müssen Sie beim Düngen mit Mineralstoffdünger berücksichtigen? h) Mineralische Pflanzennährstoffe in Ionenform Hauptnährstoffe Stickstoff Phosphor Kalium Kalzium Magnesium Schwefel Kation Name Symbol Anion Name Symbol Spurennährstoffe Eisen Mangan Zink Kupfer Bor Molybdän Chlor 13

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