Grundwissen Chemie 10 WSG/SG

Transkript

1 Grundwissen Chemie 10 WSG/SG Orbital Unter einem Orbital versteht man einen Raum, in dem sich ein Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit aufhält. Valenzelektronenpaarabstoßungsmodell (VEPA-Modell) Modell zur Beschreibung der räumlichen Struktur von Teilchen. Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und nehmen den größtmöglichen Abstand zueinander ein. Mehrfachbindungen werden wie Einfachbindungen behandelt. Bindende Elektronenpaare benötigen weniger Raum als nicht-bindende. Die räumliche Struktur wird aufgrund der Lage der Atomkerne des Teilchens beschrieben. Strukturformel Eine Strukturformel beschreibt die Bindungen der Atome eines Moleküls/Molekülions und dessen räumliche Struktur. Der Tetraederwinkel wird in der Papierebene als 90 -Winkel dargestellt. Elektronegativität EN Sie ist ein Maß für das Vermögen eines Atoms ein bindendes Elektronenpaar an sich zu ziehen; sie ist eine dimensionslose Zahl. Polare Atombindung Bei einer polaren Atombindung sind die bindenden Elektronen nicht gleichmäßig zwischen den Atomkernen verteilt. Je größer der Betrag der Elektronegativitätsdifferenz der Bindungspartner ist, desto polarer ist die Atombindung. Dipolmolekül Molekül, bei dem der Schwerpunkt der negativen Teilladungen nicht mit dem Schwerpunkt der positiven Teilladungen zusammenfällt. Dipol-Dipol-Kräfte (Dipol-Dipol-Wechselwirkungen) Unter Dipol-Dipol-Kräften versteht man die elektrostatischen Anziehungskräfte (Wechselwirkungen) zwischen Dipolmolekülen. Dipol-Ionen-Kräfte Die elektrostatischen Anziehungskräfte (Wechselwirkungen) zwischen Ionen einerseits und Dipolmolekülen andererseits werden als Dipol-Ionen-Kräfte bezeichnet. Wasserstoffbrücken Wechselwirkungen zwischen Molekülen über Wasserstoffatome, die an ein Sauerstoff-, Stickstoff- oder Fluoratom gebunden sind. Van-der-Waals-Kräfte Als Van-der-Waals-Kräfte werden die elektrostatischen Anziehungskräfte (Wechselwirkungen) zwischen Atomen bzw. Molekülen bezeichnet, die auf einer kurzfristigen unsymmetrischen Ladungsverteilung im Atom bzw. Molekül beruhen. Lösungsmittel Eine Flüssigkeit, in der die Teilchen eines anderen Stoffes vollkommen homogen verteilt werden können.

2 Polares Lösungsmittel Die Moleküle eines polaren Lösungsmittels sind Dipolmoleküle. Unpolares Lösungsmittel Die Moleküle eines unpolaren Lösungsmittels haben keinen permanenten Dipol. Basische Lösungen Wässrige Lösungen, die Hydroxid-Ionen (OH - -Ionen)enthalten, werden als basische Lösungen oder Laugen bezeichnet. Wichtige basische Lösungen: Natronlauge NaOH(aq), Kalilauge KOH(aq), Kalkwasser Ca(OH) 2 (aq) Saure Lösungen Wässrige Lösungen, die Oxonium-Ionen (H 3 O + -Ionen) enthalten, werden als saure Lösungen bezeichnet. Wichtige saure Lösungen: Salzsäure HCl(aq), verdünnte Schwefelsäure H 2 SO 4 (aq), verdünnte Salpetersäure HNO 3 (aq), verdünnte Phosphorsäure H 3 PO 4 (aq) Brönsted-Säure Eine Brönsted-Säure ist ein Teilchen, das ein Proton abgeben kann ein Protonendonator. Brönsted Base Eine Brönsted-Base ist ein Teilchen, das ein Proton aufnehmen kann ein Protonenakzeptor. Säure-Base-Indikatoren Farbstoffe, die aufgrund ihrer Farbreaktion anzeigen, ob es sich um eine saure, neutrale oder basische Lösung handelt. Protolyse Bei einer Protolyse handelt es sich um eine Reaktion mit einem Protonenübergang. Ampholyt Ein Teilchen, das je nach Reaktionspartner entweder als Brönsted-Säure oder als Brönsted-Base reagieren kann. ph-wert Der ph-wert gibt an wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Eine Lösung ist umso saurer, je kleiner ihr ph- Wert im Bereich ph < 7 ist. Sie ist umso basischer, je größer ihr ph-wert im Bereich ph > 7 ist. Eine neutrale Lösung hat den ph-wert 7. Neutralisationsreaktion Die Oxonium-Ionen einer sauren Lösung reagieren mit den Hydroxid-Ionen einer basischen Lösung zu Wasser-Molekülen. Stoffmengenkonzentration c Die Stoffmengenkonzentration c eines gelösten Stoffes/Teilchens ist der Quotient aus der Stoffmenge n dieses Stoffes/Teilchens und dem Volumen V der Lösung. c = ୬ ୫ ୭୪ ; [c] = 1 ୪ Säure-Base-Titration Bei einer Titration (Maßanalyse) wird die Neutralisationsreaktion vollständig durchgeführt, um die Stoffmengenkonzentration einer sauren oder basischen Lösung zu bestimmen. Dazu wird eine Maßlösung benutzt, deren Stoffmengenkonzentration bekannt ist.

3 Oxidation Oxidation bedeutet Elektronenabgabe. Man erkennt dies an der Erhöhung der Oxidationszahl eines Atoms des betreffenden Teilchens. Reduktion Reduktion bedeutet Elektronenaufnahme. Man erkennt dies an der Erniedrigung der Oxidationszahl eines Atoms des betreffenden Teilchens. Oxidationszahl Die Oxidationszahl eines Atom-Ions ist die Ladungszahl. Bei Atomen von Molekülen und Molekül-Ionen entspricht die Oxidationszahl einer gedachten Ladungszahl. Oxidationsmittel Oxidationsmittel wirken auf ihren Reaktionspartner oxidierend. Sie nehmen Elektronen auf. Reduktionsmittel Reduktionsmittel wirken auf ihren Reaktionspartner reduzierend. Sie geben Elektronen ab. Redoxreaktionen Eine Redoxreaktion ist eine Reaktion mit Elektronenübergang. Organische Stoffe Verbindungen, deren Teilchen Kohlenstoffatome enthalten. Ausnahmen: Kohlenstoffoxide, Cyanide und Carbonate Kohlenwasserstoffe Verbindungen, deren Moleküle nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen aufgebaut sind. gesättigte Kohlenwasserstoffe Verbindungen, deren Moleküle nur Kohlenstoffatome enthalten, die vier Einfachbindungen ausbilden. ungesättigte Kohlenwasserstoffe Verbindungen, deren Moleküle mindestens ein Kohlenstoffatom enthalten, das eine Doppel- oder Dreifachbindung ausbildet. homologe Reihe Alkane Gesättigte Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Molekülformel C n H 2n+2. Die ersten vier Vertreter tragen folgende Namen: Methan, Ethan, Propan, Butan. Die Namen der weiteren Glieder werden gebildet, indem an das griechische Zahlwort, das die Anzahl der Kohlenstoffatome angibt, die Endung an gehängt wird. Cycloalkane Gesättigte Kohlenwasserstoffe, deren Moleküle ringförmig vorliegen. Isomerie Erscheinung, dass bei gleicher Molekülformel unterschiedliche Moleküle existieren. Diese Moleküle werden als Isomere bezeichnet.

4 Konstitutionsisomerie Isomerie, bei der sich die Isomere in der Verknüpfung der Atome im Molekül unterscheiden. Stereoisomerie Isomerie, bei der sich die Isomere durch die räumliche Anordnung der Atome im Molekül unterscheiden. E / Z Isomerie der Alkene Die Molekülteile sind nicht frei um die Doppelbindung drehbar. Die entsprechenden Reste an der Doppelbindung können entgegengesetzt (E) oder zusammen (Z) stehen. Mechanismus Modellhafte Deutung eines Reaktionsverlaufs in allen seinen Teilschritten auf Teilchenebene. Halogenalkane Alkane, in deren Molekülen die Wasserstoffatome teilweise oder vollständig durch Halogenatome ersetzt sind. radikalische Substitution Reaktion, bei der Atome oder Atomgruppen in einem Molekül gegen andere Atome oder Atomgruppen ausgetauscht werden. Die Reaktion wird durch Radikale ausgelöst und verläuft über Radikale. Alkene Ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Doppelbindung im Molekül. Die allgemeine Molekülformel von Alkenen mit einer Doppelbindung lautet: C n H 2n Alkine Ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer Dreifachbindung im Molekül. Die allgemeine Molekülformel von Alkinen mit einer Dreifachbindung lautet: C n H 2n-2 Nomenklatur der Alkene / Alkine Alkene sind durch die Endung en, Alkine durch die Endung in gekennzeichnet. Die Lage der Mehrfachbindung wird durch eine arabische Zahl vor der Endung verdeutlicht, die Anzahl der Mehrfachbindungen durch griechische Zahlenworte vor der Endung angegeben. Bei der Durchnummerierung der Hauptkette wird mit dem C-Atom begonnen, das näher an der ersten Mehrfachbindung liegt. elektrophile Addition Reaktion, bei der ein Teilchen an ein ungesättigtes Molekül angelagert wird, ohne dass ein weiteres Produkt entsteht. Der Mechanismus verläuft über ein elektronenanziehendes Teilchen (Elektrophil), das mit seiner positiven Ladung oder Teilladung den Reaktionspartner am Ort hoher Elektronendichte angreift. funktionelle Gruppe Molekülteil, der charakteristisch für die Moleküle einer Stoffklasse ist und deren Eigenschaften und Reaktionsverhalten bestimmt. Alkohole Organische Stoffe, deren Moleküle neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen noch Sauerstoffatome besitzen. Die funktionelle Gruppe der Alkohole ist die Hydroxyl-Gruppe (OH-Gruppe). Aldehyde / Ketone Organische Stoffe, deren Moleküle neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen noch Sauerstoffatome besitzen. Die funktionelle Gruppe ist die Carbonylgruppe: Das Carbonyl-Kohlenstoffatom ist an ein Sauerstoffatom mit einer Doppelbindung gebunden.

5 Homologe Reihe und Nomenklatur der Aldehyde / Ketone: Der Name eines Aldehyds wird aus dem Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffs durch Anhängen der Endung al gebildet. Der Name eines Ketons wird aus dem Namen des entsprechenden Kohlenwasserstoffs durch Anhängen der Endung on gebildet. Die Stellung der Carbonylgruppe wird durch eine arabische Ziffer vor der Endung on angegeben. Fehlingprobe Nachweisreaktion für Aldehyde, bei der Kupfer(II)-ionen zu Kupfer(I)-oxid im Basischen reduziert werden. Aus dem Aldehyd wird die entsprechende Carbonsäure gebildet. Silberspiegelprobe Nachweisreaktion für Aldehyde, bei der Silber(I)-ionen zu Silberatomen im Basischen reduziert werden. Aus dem Aldehyd wird die entsprechende Carbonsäure gebildet. Nucleophile Addition Addition eines Teilchens mit Elektronenüberschuss (z.b. Wasser-, Ammoniak-, Alkoholmolekül) an das positivierte Carbonyl-Kohlenstoffatom und anschließende intramolekulare Protonenwanderung. Nucleophil Teilchen mit Elektronenüberschuss (Anionen, polare oder polarisierte Teilchen) greifen mit ihrer negativen Ladung bzw. Teilladung das Reaktionspartner-Teilchen am Ort geringer Elektronendichte an. Carbonsäuren Organische Stoffe, deren Moleküle neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen noch Sauerstoffatome besitzen. Funktionelle Gruppe: Carboxylgruppe. Das Carboxyl-C-Atom ist an ein Sauerstoffatom mit einer Doppelbindung und eine Hydroxylgruppe gebunden. Nomenklatur der Alkansäuren Dem Namen des entsprechenden Alkans wird die Endung säure angehängt. Saure Reaktionder Carboxylgruppe Die Carboxylgruppe von Carbonsäuremolekülen kann ein Proton abspalten. Mit Wassermolekülen bilden sich Oxoniumionen und Carboxylationen (Carbonsäureanionen). Je stärker polarisiert die O-H-Bindung der Carboxylgruppe ist, desto leichter kann das Proton abgespalten werden und desto stärker ist die Säure. -I-Effekt Effekt eines Atoms oder einer Gruppe, der die Elektronendichte am benachbarten Atom verringert

6 +I-Effekt Effekt eines Atoms oder einer Gruppe, der die Elektronendichte am benachbarten Atom erhöht. Veresterung Addition eines Alkoholmoleküls an das positivierte Carboxyl-Kohlenstoffatom eines Carbonsäuremoleküls unter Abspaltung eines Wassermoleküls (Kondensationsreaktion). Hydrolyse Spaltung eines Moleküls durch die Reaktion mit Wassermolekülen. Reversible Reaktion Reaktion, die umkehrbar ist. Esterbindung Fette Ester aus einem Glycerinmolekül und drei langkettigen Carbonsäuremolekülen. Verseifung Hydrolyse eines Estermoleküls durch Hydroxidionen. Kohlenstoffhydrate (Kohlenhydrate) Stoffe, deren Moleküle aus mindestens drei Kohlenstoffatomen bestehen, mit zwei unterschiedlichen funktionellen Gruppen, der Carbonylgruppe und der Hydroxylgruppe an jedem weiteren Kohlenstoffatom. Aminocarbonsäuren (Aminosäuren) Stoffe, deren Moleküle ein Kohlenstoffatom enthalten, an dem eine Aminogruppe NH 2, eine Carboxylgruppe und ein Wasserstoffatom gebunden sind. Der vierte Bindungspartner ist variabel. Peptidbindung Durch die Reaktion von zwei Aminocarbonsäuremolekülen entsteht zwischen der Aminogruppe des einen Moleküls und der Carboxylgruppe des anderen Moleküls die Peptidbindung mit der Gruppe CO-NH-. Dabei wird ein Wassermolekül abgespalten. (Kondensationsreaktion) Protein Proteinmoleküle bestehen aus über 100 Aminosäuremolekülen, die durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind.