Bundesrealgymnasium Imst. Chemie Klasse 4. Chemische Reaktionen

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1 Bundesrealgymnasium Imst Chemie Klasse 4 Chemische Reaktionen Inhalt 6 Chemische Reaktionen Reaktionsgleichungen Mol, molare Masse Säuren und Laugen Neutralisationsreaktionen Salze Fällungsreaktionen Indikatoren Elektrochemische Reaktionen Elektrolyse Galvanisches Element Akkumulatoren Energieumwandlung Exotherme Reaktionen Endotherme Reaktionen Reaktionsgeschwindigkeit Chemisches Gleichgewicht Katalysatoren Entzündungstemperatur Flammpunkt... 23

2 Chemie Klasse 4 Chemische Reaktionen 6 Chemische Reaktionen 6.1 Reaktionsgleichungen Eine chemische Reaktionsgleichung veranschaulicht mit Formeln, Symbolen und Zeichen die Vorgänge bei einer chemischen Reaktion. Formelgleichungen In einer Formelgleichung werden die reagierenden Stoffe mit ihren Formeln oder Symbolen angegeben. Die Stoffmengen sind ablesbar. Möglichkeiten einer Darstellung von Reaktionsgleichungen am Beispiel der Ammoniaksynthese. Vorgehensweise bei der Erstellung einer Reaktionsgleichung: Dr. K.-H. Offenbecher Seite 18

3 6.2 Mol, molare Masse Da Atome schon bei kleinen Stoffportionen in großer Zahl vorliegen, bildet man Zähleinheiten. Man bündelt zu einer Einheit. Diese Einheit wird als 1 Mol bezeichnet und die Schreibweise ist 6, (Teilchen). Die Stoffmenge 1 mol enthält 6, Teilchen Diese Zahl wird als AVOGADROSCHE Zahl N A bezeichnet. Die molare Masse eines Stoffes ist die Summe aller Massen der Teilchen eines Mols dieses Stoffes. Die molare Masse eines chemischen Elements entspricht deshalb der Atommasse (im PSE) ausgedrückt in Gramm. Molare Masse = Atommasse * Avogadrosche Zahl M = u * N A Ein Mol eines Gases nimmt unter Normalbedingungen (Temperatur = 20 C, Druck = 101,325 kpa) immer einen Raum von 22,4 Liter ein. 6.3 Säuren und Laugen Definition nach Arrhenius: Säuren sind Stoffe, die in Wasserstoff-Ionen (H+) und Säurerest-Ionen dissoziieren Basen sind Stoffe, die in negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH-) und positive Metall-Ionen Reste dissoziieren. Definition nach Brönsted: Säuren sind Stoffe, die Protonen abgeben (Protonendonatoren). Basen sind Stoffe, die Protonen aufnehmen (Protonenakzeptoren). Oxoniumionen In wässrigen Lösungen existieren keine ungebundenen Protonen (H + ). Diese lagern sich an die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs im Wassermolekül. Das dabei entstehende H 3 O + Ion wird als Oxoniumion bezeichnet. Die Oxoniumionen selbst sind hydratisiert, d. h. es lagern sich weitere Wassermoleküle an. Dabei entstehen weitere Ionen wie H 5 O 2 +, H 7 O 3 +, H 9 O 4 +, H 13 O 6 +. Allgemein werden diese Ionen als Wasserstoffionen bezeichnet. 6.4 Neutralisationsreaktionen Sonderfall der Säure-Base Reaktion. Es reagieren Oxonium-Ionen mit Hydroxid-Ionen zu Wasser. Wasser ist der charakteristische Bestandteil bei allen Neutralisationsreaktionen. 6.5 Salze Bei der Reaktion zwischen Säure und Basen entstehen Wasser und Salz. Salze sind typische Ionenverbindungen. Allgemein: Metall + Nichtmetall Salz Metall + Säure Salz + Wasserstoff Metalloxid + Säure Salz + Wasser Nichtmetalloxid + Base Salz + Wasser Dr. K.-H. Offenbecher Seite 19

4 Chemie Klasse 4 Chemische Reaktionen 6.6 Fällungsreaktionen Bei Fällungsreaktionen fällt aus Lösungen von frei beweglichen Ionen ein Feststoff aus. Beispiele: Chlorid-Ionen (mit Silbernitrat AgNO 3 ): Sulfat-Ionen (mit Bariumchlorid): Blei-Ionen (mit Schwefelwasserstoff): Ag + + Cl - AgCl (weiß) Ba 2+ + SO 2-4 BaSO 4 (weiß) Pb 2+ + S 2- PbS 6.7 Indikatoren Indikatoren sind Stoffe, die den ph-wert bestimmter Stoffe anhand eines Vergleiches mit einer Farbskala anzeigen. Oft verwendet man hier Lackmus, Bromthymolblau oder Phenolphthalein. Letzteres zeigt nur bei Zugabe einer alkalischen Lösung einen Farbwechsel. Es gibt für eine genauere Messung des ph-wertes auch Universalindikatoren. Diese werden, meist in Form eines Papierstreifens, mit der zu prüfenden Lösung benetzt, anschließend vergleicht man die Färbung des Papierstreifens mit der Farbskala. Man spricht nun entweder von einer sauren, alkalischen oder neutralen Lösung. 6.8 Elektrochemische Reaktionen Elektrochemische Reaktionen gehören zu den Redoxreaktionen (Elektronenübergang). Chemische Energie wird in Elektrische umgewandelt oder umgekehrt Elektrolyse Mithilfe des elektrischen Stroms können Ionenverbindungen aus ihrer Schmelze oder Lösung in die Elemente zerlegt werden. Taucht man zwei Elektroden, die mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind in eine Schmelze oder Lösung so wandern die negativen Ionen zum positiven Pol (Anode) und die positiven Ionen zum negativen Pol (Katode). Dr. K.-H. Offenbecher Seite 20

5 6.8.2 Galvanisches Element Ein galvanisches Element ist eine elektrochemische Zelle. Es besteht aus zwei miteinander kombinierten Elektroden Akkumulatoren Akkumulatoren sind ebenfalls galvanische Elemente, die sich mehrfach aufladen lassen. Gesamtzellenreaktion Pb + PbO H 3 O SO PbSO H 2 O 6.9 Energieumwandlung Exotherme Reaktionen Als exotherm bezeichnet man in der Chemie einen Vorgang, meist eine chemische Reaktion, bei dem Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Bei einer exothermen Reaktion ist die so genannte Reaktionsenthalpie R H negativ. Die Enthalpie H ist der Wärmegehalt eines Systems bei konstantem Druck Endotherme Reaktionen Wie bei exothermen Reaktionen erfolgt auch bei endothermen Reaktionen der Ablauf in zwei Schritten. Zunächst muss eine bestimmte Aktivierungsenergie aufgebracht werden, anschließend wird ein Teil dieser Energie wieder frei. Der Unterschied zur exothermen Reaktion liegt darin, dass diese freiwerdende Energie geringer als die Aktivierungsenergie ist Dr. K.-H. Offenbecher Seite 21

6 und daher nicht ausreicht, die Reaktion weiter voranzutreiben. Die Reaktionsenergie ist positiv. Daher muss, um die Reaktion nicht zu unterbrechen, während der Reaktion Energie kontinuierlich von außen zugeführt werden Reaktionsgeschwindigkeit Die grundlegende Größe, mit der in der Kinetik gearbeitet wird, ist die Reaktionsgeschwindigkeit. Sie gibt an, wie viele Teilchen pro Zeit in einer chemischen Reaktion umgesetzt werden. Diese Geschwindigkeit hängt dabei von vielen Faktoren ab. Je nach zugrunde liegendem Modell gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, die Reaktionsgeschwindigkeit zu betrachten. Ein wichtiger Faktor, der zu berücksichtigen ist, ist die Konzentration der vorliegenden Stoffe. Je mehr Teilchen ein Volumen enthält, desto mehr Kollisionen wird es in einer Zeitspanne geben. Da eine Reaktion aber nur stattfinden kann, wenn zwei Teilchen miteinander kollidieren, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit mit der Konzentration der Edukte Chemisches Gleichgewicht Nach der Einstellung des chemischen Gleichgewichts ändern sich die Konzentrationen der reagierenden Stoffe nicht mehr. Die Geschwindigkeiten der Hin- und Rückreaktionen sind gleich. Stichworte: Einstellzeit, Gleichgewichtszustand Dr. K.-H. Offenbecher Seite 22

7 Beeinflussung der Gleichgewichtsreaktion Temperatur - Erhöhung - fördert endotherme Reaktionen - Erniedrigung - fördert exotherme Reaktionen Konzentration - Erhöhung - fördert die den Stoff verbrauchende Reaktion - Erniedrigung - fördert die den Stoff bildende Reaktion Druck - Erhöhung - fördert die Reaktion mit Volumenabnahme - Erniedrigung - fördert die Reaktion der Volumenzunahme Katalysatoren Katalysatoren verringern die Aktivierungsenergie und erhöhen dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit. Der Verlauf der katalysierten chemischen Reaktion wird als Katalyse bezeichnet Entzündungstemperatur Die Zündtemperatur (auch Zündpunkt, Selbstentzündungstemperatur, Entzündungstemperatur oder Entzündungspunkt) ist diejenige Temperatur, auf die man einen Stoff oder eine Kontaktoberfläche erhitzen muss, damit sich eine brennbare Substanz (Feststoff, Flüssigkeit, deren Dämpfe oder Gas) in Gegenwart von Luft ausschließlich aufgrund seiner Erhitzung also ohne Zündquelle wie einen Zündfunken selbst entzündet. Sie ist bei jedem Stoff unterschiedlich hoch und in vielen Fällen vom Druck abhängig Flammpunkt Der Flammpunkt eines Stoffes ist die niedrigste Temperatur, bei der sich über einem Stoff ein zündfähiges Dampf Luft-Gemisch bilden kann. Ist das Volumen des Gemisches groß genug, kann eine Explosion erfolgen. Unterhalb des Flammpunktes kann sich die Flammfront nicht von der Zündquelle weg ausbreiten, da die Wärme aus der Oxidation nicht ausreicht, um das Gemisch auf die zur Verbrennung nötige Temperatur aufzuheizen. Literaturwerte für Flammpunkte gelten allgemein für einen Luftdruck von 1013 mbar. Bei höherem Druck liegt der Flammpunkt höher da mehr Luft aufgeheizt werden muss, ist auch eine höhere Konzentration an Dampf nötig. Dr. K.-H. Offenbecher Seite 23

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