Chemie ist eine naturwissenschaftliche Disziplin, welche sich mit den Stoffen, den Stoffeigenschaften und den Stoffumwandlungen beschäftigt.

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2 Definition: Chemie ist eine naturwissenschaftliche Disziplin, welche sich mit den Stoffen, den Stoffeigenschaften und den Stoffumwandlungen beschäftigt. 2

3 Erscheinungsformen der Materie Homogen oder Heterogen? Stilles Mineralwasser Homogenes Gemisch: Lösung, feste Salze in Wasser gelöst 3

4 Erscheinungsformen der Materie Homogen oder Heterogen? Heterogenes Flüssig Flüssig Gemisch: Emulsion, feinverteilte Fetttröpfchen in Wasser 4

5 Erscheinungsformen der Materie Heterogenes Gemisch aus sieben Phasen Phase: Abgegrenzter homogener Materiebereich. Innerhalb der Phase sind alle Stoffeigenschaften Konstant. Wie viele Phasen sehen Sie? Dichte nimmt zu In welche Richtung nimmt die Dichte der Phasen zu? J.Chem.Educ. 2013, 90,

6 Trennung von Heterogenen Stoffgemischen Sedimentieren und Dekantieren Filtrieren 6

7 Trennung von Homogenen Stoffgemischen Eindampfen Destillieren Die Destillation nutzt die unterschiedliche Flüchtigkeit der Gemischkomponenten aus. Flüchtigkeit: Je flüchtiger ein Stoff ist, desto leichter geht es in den gasförmigen (Dampf) Zustand über. 7

8 Erscheinungsformen der Materie Materie Heterogene Gemische (uneinheitlich über die gesamte Ausdehnung des Stoffes) Trennung mit Physikalischen Methoden Mischen Homogene Stoffe (einheitlich) Homogene Gemische (Variable Zusammensetzung) Trennung mit Physikalischen Methoden Mischen Reinstoffe (Feste Zusammensetzung) Die Reinstoffe lassen sich mittels physikalischer Trennmethoden in keine weiteren Stoffe zerlegen. Die Reinstoffe zeichnen sich durch eine feste chemische Zusammensetzung aus. 8

9 Erscheinungsformen der Materie Homogen oder Heterogen? Granit 9

10 Erscheinungsformen der Materie Homogen oder Heterogen? Granit Heterogenes Fest Fest Gemisch, Gemenge. Quarz Feldspat Glimmer Homogene Stoffe hier Reinstoffe. 10

11 Erscheinungsformen der Materie, Gemischarten. Gemisch Homogen Lösung - Flüssig + Fest; z. B. Salz in Wasser - Flüssig + Flüssig; Ethanol in Wasser - Flüssig + Gas; O 2 in Wasser Gasgemisch - Luft, Gemisch aus O 2,N 2,CO 2 und Edelgase - Ioddämpfe in Luft Heterogen Emulsion (Flüssig + Flüssig) - Fein verteilte Öltröpfchen in Wasser (Öl- in- Wasser-Emulsion); Milch, Mayonnaise, Eigelb. - Fein verteilte Wassertropfen in Öl (Wasser-in-Öl- Emulsion); Butter, Margarine, Schokolade. Rauch (Aerosol) Fest + Gas (Viel); Autoabgase (Feinstaub!) A. Soi Legierung Fest + Fest; z.b. Messig Cu+Zn, Stahl Nebel Flüssigkeitströpfchen + Gas (Viel); Wolken, Haarspray Schaum Gas + Flüssig (viel); Sahne, Eischnee Gas + Fest (Viel); Lava, Bimsstein, Styropor, Schwamm Gemenge Fest + Fest; Granit Suspension Fest + Flüssig (Viel); Paste Fest (Viel)+ Flüssig; 11

12 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Homogene Stoffe lassen sich anhand ihrer Eigenschaften unterscheiden Ein Reinstoff ist durch gleichbleibende chemische und physikalische Eigenschaften Charakterisiert wie: Smp, Sdp, Dichte, Farbe, Löslichkeit, Leitfähigkeit etc. Reinstoffe haben eine feste Zusammensetzung und lassen sich durch physikalische Methoden in keine weiteren Stoffe zerlegen. Die Eigenschaften eines homogenen Gemisches sind von der Zusammensetzung abhängig und unterscheiden sich von den Eigenschaften ihrer reinen Komponenten, den Reinstoffen. Aber: In den heterogenen Gemischen behalten die Komponenten ihre charakteristischen Eigenschaften bei. 12

13 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe, Aggregatszustand. Der äussere Druck und die Temperatur, entscheiden darüber, in welchem Aggregatszustand ein Reinstoff vorliegt. (g) (l) (s) 13

14 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Physikalische Eigenschaften Bei der Bestimmung einer physikalischen Eigenschaft liegt der Stoff nach der Bestimmung unverändert vor. Beispiel: Die Bestimmung der magnetischen Eigenschaft mittels eines Magneten, verändert den Stoff nicht. Chemische Eigenschaft Hier geht die Bestimmung der Stoffeigenschaft mit einer Veränderung des Stoffes einher. Als chemische Eigenschaften bezeichnet man all diejenigen Eigenschaften, die das Verhalten eines Stoffes gegenüber anderen Stoffen charakterisieren. Beispiel: Die Prüfung eines Stoffes auf Brennbarkeit verändert den Stoff, so er brennbar ist. Physikalischer Vorgang: Der Stoff erleidet nur eine vorübergehende Veränderung der Stoffeigenschaften. Bei einem chemischen Vorgang (Reaktion) wandeln sich Stoffe in neue Stoffe mit anderen Eigenschaften um. Jeder chemische Vorgang ist mit einem Energieumsatz verbunden. Das heisst, es wird entweder Energie an die Umgebung abgegeben oder von der Umgebung aufgenommen. 14

15 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Elektrische Leitfähigkeit Zu prüfende Stoffe 15

16 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Verhalten beim Erhitzen Feststoffe schmelzen (Aggregatszustandswechsel Fest > Flüssig), wenn sie bis zur Schmelztemperatur (Siedepunkt) erhitzt werden. Flüssigkeiten verdampfen (Aggregatszustandswechsel Flüssig > Gasförmig), wenn sie bis zur Siedetemperatur (Schmelzpunkt) erhitzt werden. Feststoffe sublimieren (Aggregatszustandswechsel Fest > Gasförmig) Stoffe können sich zersetzen. ( > Zersetzungstemperatur) Stoffe können mit dem Luftsauerstoff reagieren ( > Verbrennung) 16

17 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Geruch Flüchtigkeit 17

18 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Die Löslichkeit ist temperaturabhängig. 18

19 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe 19

20 Charakterisierung und Eigenschaften der Stoffe Stoffklassen Metallische Stoffe Stoffklassen Diamantartige Salzartige Stoffe Stoffe Flüchtige Stoffe Beispiele Kupfer Diamant Kochsalz Wasser Typische Eigenschaften Aluminium Elektrische Leiter im festen und flüssigen Zustand Sehr gute Wärmeleiter Sehr hohe Siedetemparatur Plastisch verformbar Metallischer Glanz. Quarz Schlechte elektrische Leiter (Ausnahme Graphit) Gute Wärmeleiter Hohe Schmelz & Siedetemperaturen. Kalkstein Elektrische Leiter im flüssigen und gelösten Zustand. Schlechte Wärmeleiter Sehr hohe Schmelz & Siedetemparuten. Löslich in Wasser Ethanol (Alkohol) Isolatoren Tiefe Schmelz & Siede temperaturen Oder nur Erweichungspunkt. 20

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