Basiswissen Chemie. Vorkurs des MINTroduce-Projekts

Transkript

1 Basiswissen Chemie Vorkurs des MINTroduce-Projekts

2 Christoph Wölper Sprechzeiten (Raum: S07 S00 C24 oder S07 S00 D27)

3 Organisatorisches Änderungen für nächste Woche Vorlesung Hörsaal: SH-601 Zeit: 10:00 Übungen Raum T03 R02 D39 (ab 13:00 c.t.) Raum T03 R04 D10 (ab 13:00 c.t.)

4 Wechselwirkungen zwischen Atomen Was bisher geschah Grundbegriffe?! Physikalische Größen/SI-Einheiten Stoffmengen Konzentrationen Gemische (homogen heterogen) Trennverfahren Destillation Zentrifugation Kristallisation Chromatographie Filtration Extraktion...

5 Chemische Reaktionen Reaktionsgleichungen a A + b B c C + d D links Edukte, rechts Produkte stochiometrische Faktoren Atombilanz Ladungsbilanz

6 Chemische Reaktionen Reaktionsgleichungen Oxidationszahlen 2 +II C II O + ±0 O 2 2 II O +IV C II O formale Teilung der Bindung Elektronen zum Atom mit höherer EN Summe der Oxidationszahlen ist die Ladung des Moleküls

7 Chemische Reaktionen Thermodynamik der Chemischen Reaktion

8 Grundlagen der Thermodynamik System und Umgebung offen Austausch von: Stoffen Energie geschlossen Austausch von: Stoffen Energie isoliert Austausch von: Stoffen Energie

9 Grundlagen der Thermodynamik 1. Hauptsatz: Energie eines Systems Von nix, kommt nix! Energieumwandlung, aber keine -erzeugung oder -zerstörung isoliertes System U = 0 geschlossenes System U = Q + W Volumenarbeit in offenem System p V Enthalpie H Vorzeichenkonvention Plus: System nimmt Energie auf Minus: System gibt Energie ab

10 Grundlagen der Thermodynamik 2. Hauptsatz: Unordnung Energieumwandelungen nicht verlustfrei möglich System strebt höhere Unordnung an ungeordnetes System ist wahrscheinlicher

11 Grundlagen der Thermodynamik 2. Hauptsatz: Unordnung Kaffee Milch Kaffee mit Milch

12 Grundlagen der Thermodynamik 2. Hauptsatz: Unordnung Entropie S beschreibt Unordnung S = k B ln W freie Enthalpie oder Gibbs-Energie G beschreibt nutzbare Energie G = H T S

13 Grundlagen der Thermodynamik Zustandsgrößen alle abhängig von p und T nur der Zustand, nicht der Weg wie er erreicht wurde ist wichtig Viele Wege führen nach Rom!

14 Anwendungsbeispiele Phasenübergänge Phasenübergang benötigt Energie H 2 O (s) H 2 O (l) schmelzen, verdampfen und sublimieren sind endotherme Prozesse für thermodynamische Berechnungen ist der Aggregatzustand wichtig

15 Anwendungsbeispiele Reaktionsenthalpien Reaktionswärme enstspricht der Reaktionsenthalpie H R = H Produkt H Edukt Standardbildungsenthalpien H 0 f evtl. Umweg wählen (Zustandsgrößen!) 2 C + 2 O 2 H 1 2 CO 2 oder 2 C + O 2 H 2 2 CO + O 2 H 3 2 CO 2

16 Anwendungsbeispiele Freiwilligkeit von Reaktionen Streben nach energetisch günstigem Zustand, Energieabgabe Warum laufen endotherme Prozesse freiwillig ab? Zusammenspiel Entropie/Enthalpie Gibbs-Energie entscheidend G = H T S

17 Anwendungsbeispiele Gitterenergie von Ionenkristallen Zustandsgrößen Born-Haber-Kreisprozess

18 Anwendungsbeispiele Gitterenergie von Ionenkristallen entweder direkt 2 Na (s) + Cl 2(g) 2 H f 2 NaCl (s) oder eine Zerlegung in die Teilschritte 2 Na (s) 2 H subl 2 Na (g) 2 1.IE 2 Na + (g) 2 H G 2 NaCl (s) Cl 2(g) H B 2 Cl (g) 2 EA 2 Cl (g)