Charakteristisch für die Denkweise in der Naturwissenschaft Chemie sind zwei Betrachtungsebenen:

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1 Charakteristisch für die Denkweise in der Naturwissenschaft Chemie sind zwei Betrachtungsebenen: Stoffebene: Teilchenebene: Stoffgemische: Betrachtungen an Stoffportionen und Reaktionen (Fakten, Phänomene) Deutung der Fakten durch die Vorstellung von der Existenz kleinster Teilchen und Teilchenverbände. Stoffgemische und Reinstoffe Stoffgemische bestehen aus mehreren verschiedenen Reinstoffen mit unterschiedlichen Teilchen. Sie lassen sich durch physikalische Trennverfahren in die Reinstoffe trennen. Heterogene Gemische: mehrphasige, d. h. uneinheitlich aussehende Gemische. Die einzelnen Bestandteile sind erkennbar. Suspension: Rauch: Emulsion: Nebel: Homogene Gemische: Legierung: Eine Suspension ist ein heterogenes Gemisch, bei dem ein Feststoff in einer Flüssigkeit fein verteilt ist (Bsp. Blut). Ein Rauch ist ein heterogenes Gemisch, bei dem ein Feststoff in einem Gas fein verteilt ist (Bsp. Zigarettenrauch). Eine Emulsion ist ein heterogenes Gemisch, bei dem eine Flüssigkeit in einer Flüssigkeit fein verteilt ist (Bsp. Milch). Ein Nebel ist ein heterogenes Gemisch, bei dem eine Flüssigkeit in einem Gas fein verteilt ist (Bsp. Wassertröpfchen in der Luft). einphasige, d. h. einheitlich aussehende Gemische. Die einzelnen Bestandteile sind nicht erkennbar. Eine Legierung ist ein homogenes Gemisch, bei dem ein Feststoff in einem Feststoff fein verteilt ist (Bsp. Messing). Feststofflösung Flüssigkeitslösung: Gaslösung: Reinstoffe: Eine Feststofflösung ist ein homogenes Gemisch, bei dem ein Feststoff in einer Flüssigkeit (Lösungsmittel) gelöst ist (Bsp. Salzwasser). Eine Flüssigkeitslösung ist ein homogenes Gemisch, bei dem eine Flüssigkeit in einer anderen Flüssigkeit gelöst ist (Bsp. Schnaps). Eine Gaslösung ist ein homogenes Gemisch, bei dem ein Gas in einer Flüssigkeit gelöst ist (Bsp. Selterswasser). Reinstoffe haben bei gleichen Bedingungen (Temperatur, Druck) bestimmte qualitative (z.b. Farbe, Geruch, Geschmack, Aggregatzustand) und quantitative (z.b. Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte) Eigenschaften. Sie sind durch physikalische Trennverfahren nicht weiter zerlegbar. Sie sind aus gleichen Teilchen aufgebaut.

2 Verbindungen: Elemente: Reinstoffe, die sich durch chemische Reaktionen in Elemente zerlegen lassen. Reinstoffe, die sich nicht weiter zerlegen lassen. Elemente können aus Atomen oder Molekülen bestehen. Chemische Reaktionen Chemische Reaktionen sind Stoff- und Energieumwandlungen. Die Synthese: Chemische Reaktion, bei der eine chemische Verbindung aus zwei oder mehreren Elementen gebildet wird (Stoffaufbau). Analyse: Chemische Reaktion, bei der eine chemische Verbindung in zwei oder mehrere Elemente zerlegt wird (Stoffzerlegung). Chemische Umsetzung: Die Kopplung von Synthese und Analyse in einer Reaktion wird als chemische Umsetzung bezeichnet. Energie: Energie kann nicht verloren gehen oder aus dem Nichts entstehen. Verschiedene Formen von Energie (Wärme, Licht, innere Energie eines Stoffes, elektrische Arbeit,...) können ineinander umgewandelt werden. Innere Energie: Der gesamte Energievorrat im Inneren eines Stoffes oder Stoffgemisches [Ei] = kj. Reaktionsenergie: Die Reaktionsenergie entspricht der Änderung der inneren Energie Ei während einer chemischen Reaktion. Es gilt Δ E i = E i (Produkte) E i (Edukte) Exoenergetische Reaktion: E i (Edukte) > E i (Produkte) => Ei < 0 Energie wird an die Umgebung abgegeben. exotherme Reaktion => Ei = Q < 0 Energie wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Endoenergetische Reaktion: E i (Edukte) < E i (Produkte) => Ei > 0 Energie wird aus der Umgebung aufgenommen. endotherme Reaktion => Ei = Q > 0 Energie wird in Form von Wärme aus der Umgebung aufgenommen.

3 Aktivierungsenergie: Energie, die zum Auslösen einer chemischen Reaktion benötigt wird. Katalysatoren: Stoffe, die bestimmte chemischer Reaktionen beschleunigen, indem sie die Aktivierungsenergie herabsetzen. Sie liegen am Ende der Reaktion in unveränderter Form vor. Enzyme sind Biokatalysatoren, die bestimmte chemische Reaktionen in Lebewesen beschleunigen. Die Verhältnisformel gibt das Teilchenzahlenverhältnis in einer bestimmten Verbindung an. Die Reaktionsgleichung gibt an, welche Teilchen in welchem kleinstmöglichen Teilchenzahlenverhältnis miteinander reagieren bzw. entstehen. Die Anzahl der Atome einer Atomsorte ist auf beiden Seiten der Reaktionsgleichung identisch. (entspricht dem Gesetz von der Erhaltung der Masse!) Teilchenmodell und Aggregatzustände Aggregatzustand: fest, flüssig und gasförmig, abhängig von Temperatur und Druck Diffusion: gleichmäßige Verteilung der Teilchen von Stoffen infolge der Teilchenbewegung Teilchen: Alle Stoffe bestehen aus winzig kleinen, unsichtbaren Teilchen. Diese sind entweder Atome oder Moleküle, die aus mehreren fest miteinander verbundenen Atomen bestehen. Es gibt auch elektrisch geladene Teilchen, die als Ionen bezeichnet werden. Die Teilchenzahl N gibt die Anzahl der Teilchen (Atome, Moleküle, Ionen) in einer Stoffportion an. Die Teilchenmasse (m t ) kann in der Einheit Gramm [g] oder in der atomaren Masseneinheit [u] angegeben werden. Atombau und Periodensystem Isotope: Atome des gleichen Elements, mit der gleichen Protonenzahl, die sich allerdings in der Anzahl der Neutronen (und damit auch in der Atommasse) unterscheiden. Energiestufenmodell der Atomhülle: Die Atomhülle ist in Energiestufen gegliedert. Die Energiestufen werden mit den Buchstaben K, L, M,..., Q oder den Hauptquantenzahlen n = 1, 2, 3,..., 7 gekennzeichnet. Die Formel 2n 2 drückt die maximale Elektronenzahl pro Energiestufe aus.

4 Ionisierungsenergie: Energie, die zur Abtrennung eines Elektrons aus einem Atom benötigt wird. Im Periodensystem der Elementatome (PSE), sind die Elementatome so nach steigender Protonenzahl angeordnet, dass die Atome mit gleicher Anzahl von Außenelektronen (Valenzelektronen) in einer Gruppe untereinander stehen. Die Gruppennummer entspricht der Valenzelektronenzahl. Die Periodennummer gibt die Anzahl der von Elektronen besetzten Hauptenergiestufen an. Edelgaskonfiguration: Elementatome der ersten und zweiten Periode des Periodensystems können durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen Ionen bilden, die die gleiche Anzahl und Anordnung von Elektronen (Elektronenkonfiguration) wie Edelgasatome besitzen. Man spricht von einer Edelgaskonfiguration. Salze: Feststoffe, die aus positiv geladenen Kationen (meist Metallkationen) und negativ geladenen Anionen (oft Nichtmetallanionen) bestehen. Kation: positiv geladenes Ion Anion: negativ geladenes Ion Salze, Metalle, Molekulare Stoffe - Bindungstypen Ionenbindung: Die chemische Bindung, die in Salzen als Anziehungskraft zwischen Kationen und Anionen wirkt nennt man Ionenbindung. Ionengitter: Regelmäßige Anordnung, Verband aus Kationen und Anionen. Molekül: Moleküle sind Atomverbände, die bei Elementen aus gleichartigen Nichtmetallatomen, bei Verbindungen aus verschiedenartigen Nichtmetallatomen bestehen. Die Molekülformel gibt an, welche und wie viele Nichtmetallatome im Molekül vorhanden sind. Elektronenformel: Elektronenformeln haben als Zeichen für die in einem Atom vorhandenen Valenzelektronen Punkte, z.b. H Valenzstrichformel: Formel eines Moleküls oder eines Molekül-Ions, in der bindende und nicht bindende Elektronenpaare durch Striche dargestellt werden, z.b. Cl-Cl

5 Atombindung (Elektronenpaarbindung): Chemische Bindung, die in einem Molekül zwischen Nichtmetallatomen wirkt. Die Atombindung ist gleichbedeutend mit der Ausbildung eines gemeinsamen Elektronenpaares und wird daher auch als Elektronenpaarbindung bezeichnet. In einer Einfachbindung liegt ein Bindungselektronenpaar, in einer Doppelbindung liegen zwei und in einer Dreifachbindung drei Bindungselektronenpaare vor. Bindigkeit: Anzahl der Elektronenpaarbindungen, die ein Atom in einem Molekül ausbildet Metallische Bindung: Chemische Bindung, die in den Metallen zwischen den positiv geladenen Metall-atomrümpfen und dem Elektronengas wirkt. Quantitative Aspekte chemischer Reaktionen Atommasse m a : Masse eines Atoms. Sie wird in der atomaren Masseneinheit 1u angegeben. Atomare Masseneinheit 1u: 1 Die atomare Masseneinheit 1u entspricht einem zwölftel ( ) der Atommasse des Kohlenstoffisotops 12 C. 12 Molekülmasse m M : Die Masse eines Moleküls ergibt sich aus der Summe der Massen der gebundenen Atome in u. Stoffmenge n: Die Stoffmenge n ist der Teilchenzahl N proportional: [n] = mol. Die Proportionalitätskonstante wird als Avogadro-Konstante N A bezeichnet. 1 Mol ist die Stoffmenge eines Stoffes bzw. Stoffgemisches, das aus ebenso vielen Teilchen besteht, wie Atome mit der Atommasse 12 u in 12 g Kohlenstoff enthalten sind. Avogadro-Konstante N A : Quotient aus der Teilchenanzahl N einer Stoffportion und der Stoffmenge n dieser Stoffportion: N 1 N ( ) N( X ) A X [ A ] n( X ) mol Die Avogadro-Konstante hat für alle Stoffe den gleichen Wert: N A = 6, mol -1 Molare Masse M: Die molare Masse M ist der Quotient aus der Masse m einer Stoffportion und der Stoffmenge n dieser Stoffportion: M ( X ) m( X ) [ M] g n( X ) mol Die molare Masse ist abhängig von der Stoffart. Der Zahlenwert der molaren Masse stimmt mit dem Zahlenwert der Teilchenmasse überein.

6 Molares Volumen V m : Das Molare Volumen V m ist der Quotient aus dem Volumen V einer Stoffportion und der Stoffmenge n dieser Stoffportion: V ( ) V( X ) m X n( X ) [ Vm] l mol Das Molare Volumen ist von der Stoffart, vom Druck und der Temperatur abhängig. Für gasförmige Stoffportionen ist das Molare Volumen bei Normbedingungen unabhängig von der Stoffart 22,4. l. mol Normbedingungen: Um vergleichbare Werte zu erhalten verwendet man sog. Normbedingungen: Temperatur: 0 C = 273 K Druck: 1013 hpa

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