Chemisches Rechnen I. Chemisches Rechnen II. Qualita ve Analy k. Fällungsreak onen. n= m M. n= V. n= N. n = cv

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1 28 Stoffmenge (n) 1mol = 6, Teilchen molare Masse (M) entspricht Massenzahl des PSE Einheit g/mol n= m M Chemisches Rechnen I molares Volumen (Vm) abhängig von Temperatur Druck Einheit l/mol für Feststoffe/ Flüssigkeiten verschieden n= V Vm 29 für Gase gleich: 24 l/mol bei 20 C, 1013 hpa AvogadroKonstante (NA) 6, Teilchen pro mol Teilchenzahl (N) n= N NA Konzentra on (c) Stoffmenge in einem bes mmten Volumen eines Lösungsmi els Einheit mol/l Chemisches Rechnen II n = cv Masse pro Volumen Einheit kg/l Dichte ( ) 30 Iden fizierung von Ionen oder Molekülen mit ilfe von bes mmten Nachweisreagenzien nega ve Blindprobe: Durchführung des Nachweises ohne die nachzuweisende Substanz nega ves Ergebnis zeigt Sauberkeit der Reagenzien posi ve Blindprobe: Durchführung des Nachweises mit der nachzuweisenden Substanz posi ves Ergebnis zeigt Funk onsfähigkeit der Reagenzien Qualita ve Analy k Das Anion eines leicht löslichen Salzes verbindet sich mit dem Ka on eines anderen leicht löslichen Salzes zu einem schwer löslichen Salz fällt als Niederschlag aus 31 Beispiele: alogenidion + AgNO3 + Säure* weißer NS = AgCl fahlgelber NS = AgBr Fällungsreak onen gelber NS = AgI * BariumIon + Na2SO4 + Säure weißer NS (BaSO4) CalciumIon + Na2CO3 weißer NS (CaCO3) CarbonatIon + CaCl2 / BaCl2 weißer NS (CaCO3/ BaCO3) * ermöglicht Unterscheidung von NS mit CarbonatIonen (löst sich bei Anwesenheit von Säure auf)

2 Methode zur Iden fizierung von MetallIonen Na: gelb K: viole Li: karminrot Ca: ziegelrot Ba: fahlgrün Grlage: 32 II I I Flammenfärbung + II Ein Valenzelektron des Metalls nimmt Energie der Bunsenbrennerflamme auf wird auf ein höheres Energieniveau angehoben Beim Zurückfallen in den Grzustand gibt das Elektron die aufgenommene Energie in Form von Licht wieder ab Elektronenpaarabstoßungsmodell 33 VSEPR 1. Elektronenpaare stoßen sich auf Gr ihrer nega ven Ladung gegensei g ab ordnen sich deshalb mit größtmöglichem Abstand zueinander an 2. Nichtbindende Elektronenpaare benö gen mehr Raum als bindende Elektronenpaare 3. Mehrfachbindungen zählen bei der Bes mmung des räumlichen Baus wie eine Einfachbindung linear 180 tetraedrisch 109,5 34 pyramidal 107 gewinkelt 105 trigonalplanar 120 gewinkelt <120 Maß für die Fähigkeit eines Atoms die Elektronen einer Elektronenpaarbindung zu sich zu ziehen EN ist abhängig von Atomgröße Kernladung Elektronega vität (EN) Li e B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar Ca Ga Ge As Se Br Kr K Be 35 Elektronenpaarbindung bei der die bindenden Elektronen zum elektronnega veren Bindungspartner verschoben sind. (Kennzeichnung durch Par alladungen) polare Atombindung posi ve Par alladung nega ve Par alladung Br EN: 2,2 EN: 2,96

3 ungeladenes Molekül mit polarer(n) Atombindung(en) ohne symmetrischen Molekülbau 36 = polares Molekül keine DipolMoleküle DipolMoleküle Dipol C Cl Cl Cl C Cl O O=C=O Dipol 37 nein ja VanderWaals Krä e Bes mmung der Zwischenmolekularen Krä e stark pos. polarisiertes Atom? nein ja DipolDipol Wechselwirkungen Brücken Stärke abhängig von Oberfläche Atommasse Anzahl EN Siedetemperatur : Je stärker die ZMK zwischen den Teilchen eines Stoffes sind, desto höher ist die Siedetemperatur dieses Stoffes Gleiches gilt für die Schmelztemperatur 38 Zusammenhang ZMK Stoffeigenscha en Löslichkeit: Gleiches löst sich gut in Gleichem polare Stoffe lösen sich gut in polaren LM unpolare Stoffe lösen sich gut in unpolaren Lösungsmi eln ydrata on: Umhüllung von Ionen mit den Dipolmolekülen des Wassers aufgr elektrosta scher Wechselwirkung (DipolIonenWechselwirkung) Die Wasserhülle wird als ydrathülle bezeichnet Aufenthaltsraum für Elektronen 39 Jedes Orbital kann mit maximal 2 Elektronen besetzt sein bis zu 8 Valenzelektronen in 4 Orbitalen: z.b. 2. Energiestufe 1sOrbital + 3pOrbitale pyorbital Orbital pzorbital Atomorbital (sorbital) pxorbital Durch Überlappung von 2 Atomorbitalen verschiedener Atome entsteht ein Molekülorbital mit einem bindenden Elektronenpaar Molekülorbital

4 40 Säuren = Protonendonatoren Säuren = Stoffe, die Protonen (+) abgegeben können Säuren saure Lösungen Molekülbau: Teilchen besitzen mindestens ein Atom, das über eine stark polare Elektronenpaarbindung (an ein O, Cl, F oder BrAtom) geben ist Saure Lösungen = wässrige Lösungen, die Oxoniumionen (3O+(aq)) Saure Lösungen = enthalten Saure Lösungen = es gilt n(3o+) > n(o) 41 Basen = Protonenakzeptoren Säuren = Stoffe, die Protonen (+) aufnehmen können Basen alkalische Lösungen Molekülbau: Teilchen besitzen mindestens ein freies Elektronenpaar, das sie zur Bindung des Protons zur Verfügung stellen Alkalische Lösungen/ Laugen = wässrige Lösungen, die ydroxidalkalische Lösungen/ Laugen = Ionen (O(aq)) enthalten Alkalische Lösungen/ Laugen = es gilt n(3o+) < n(o) 42 Stoffe, die als Base Säure reagieren können Ampholyte Molekülbau: Teilchen besitzen mindestens ein Atom, das über eine stark polare Elektronenpaarbindung (an ein O, Cl, F oder BrAtom) geben ist ein freies Elektronenpaar, das sie zur Bindung des Protons zur Verfügung stellen Beispiele: 2O SO4

5 SäureBaseReak on = Protonenübergang 43 Protolyse Neutralisa on ein Proton (+) wird von einem Säureteilchen auf ein Baseteilchen übertragen, dabei entsteht aus der Säure ein korrespondierendes Baseteilchen aus der Base ein korrespondierendes Säureteilchen S + B+ S + B korrespondierende SäureBasePaare Sonderform: Neutralisa onsreak on Sonderform: exotherme Reak on einer sauren mit einer Sonderform: alkalischen Lösung, bei der ein Salz entsteht Lauge } X+(aq) + Y(aq) + 22O } } X+ + O + Y + 3O+ saure Lösung Wasser Salz Maßanalyse zur Bes mmung der Konzentra on einer unbekannten sauren/ alkalischen Lösung 45 Am Äquivalenzpunkt (= Umschlag der Indikatorfarbe) gilt n(3o+) = n(o) Au au: Titra on Büre e mit Maßlösung bekannter Konzentra on Probenlösung unbekannter Konzentra on mit Indikator Indikatoren = Stoffe, die je nach Anwesenheit von 3O+ oder OIndikatoren = Ionen ihre Farbe verändern 44 Beispiele: Indikatoren pwert Indikator Lackmus Phenolphtalein Bromthymolblau sauer rot farblos gelb neutral viole farblos grün alkalisch blau pink blau Universalindikator = Mischindikator, lässt eine Bes mmung des Universalindikator = pwertes zu (zeigt großes Farbspektrum) pwert = Maß für die Konzentra on der 3O+Ionen in der Lösung pwert = p = log10 c(3o+) pwert = Verdünnen auf das 10fache bedeutet p + 1 < < sauer neutral alkalisch

6 46 Elektronenübertragungsreak onen bestehen aus Elektronenabgabe Elektronenaufnahme Teilchen ist Redoxreak onen Oxida on = Abgabe von Elektronen (Oxida onszahl steigt) Reduk onsmi el Elektronendonator Reduk on = Aufnahme von Elektronen (Oxida onszahl sinkt) Oxida onsmi el Elektronenakzeptor zur Bes mmung der Elektronenbilanz einer Redoxreak on wird als römische Ziffer über dem Elementsymbol angegeben 47 Bes mmung ausgehend von der Valenzstrichformel: bindende epaare dem Atom mit der höheren EN zuordnen OZ = VElaut PSE zugeordnete e Oxida onszahlen Bes mmung ausgehend von der Summenformel: 1. in einem Element hat jedes Atom die OZ 0 2. in Verbindungen haben Metalle immer posi ve OZ 3. Atome haben in NMVerbindungen OZ +I, in Salzen OZ I 4. OAtome haben fast immer OZ II 5. FAtome haben immer OZ I, andere alogenatome meist 6. die OZ von AtomIonen entspricht ihrer Ladung 7. Summe der OZ im Molekül 0, im MolekülIon gleich der Ladung Ermi eln der Redoxpaare der Oxida onszahlen Aufstellen von Redoxgleichungen 2. Formulieren der Ox./Red.Teilgleichungen (Atombilanz incl. Elektronenabgabe/ aufnahme (Atombilanzbeachten!) beachten!) incl. Elektronenabgabe/ aufnahme 3. Vorhandene Ladungen mit 3O+Ionen (saures Milieu) oder oder O O Ionen Ionen (basisches (basisches Milieu) Milieu) ausgleichen ausgleichen 4. Ausgleichen der Atombilanz mit 2O 5. Mul plizieren der Teilgleichungen 6. Addi on der Teilgleichungen zur Redoxgleichung