Trend im PSE. Orbital VEPA. Elektronegativita t. Moleku lgeometrien. Erläutere den Begriff Orbital.

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1 Grundwissen hemie: SG 10 1/46 rbital Erläutere den Begriff rbital. Grundwissen hemie: SG 10 2/46 VEPA Erläutere das Valenz-Elektronenpaar-Abstoßungs - Modell. Ein rbital ist der Bereich, in dem sich maximal zwei energetisch gleichwertige Elektronen mit hoher Wahrscheinlichkeit aufhalten. Je nach Energiestufe unterscheidet man verschieden große und geformte rbitale. Elektronenpaare (EP) ordnen sich so an, dass sie maximalen Abstand zueinander haben. Nichtbindende EP benötigen mehr Platz als bindende EP. Mehrfachbindungen benötigen mehr Platz als Einfachbindungen. Grundwissen hemie: SG 10 3/46 Moleku lgeometrien Skizziere wichtige Molekülgeometrien und gib jeweils ein Beispiel dazu an. Grundwissen hemie: SG 10 4/46 Elektronegativita t Erläutere den Begriff Elektronegativität. Tetraeder z.b. 4 gewinkelt z.b. S 2 linear z.b. N 2 Die Elektronegativität ist ein Maß für die Fähigkeit der Atome, Bindungselektronen anzuziehen. Trend im PSE trigonal-planar z.b. B 3 trigonal-pyramidal z.b. N 3

2 Grundwissen hemie: SG 10 5/46 Polarita t und Dipol Erläutere die Begriffe Polarität und Dipol. Grundwissen hemie: SG 10 6/46 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Erläutere die Dipol-Dipol-Wechselwirkungen an einem Beispiel. Sind in einer Elektronenpaarbindung die Elektronen ungleich verteilt, so existieren im Molekül Partialladungen (δ+ und δ-). Man sagt, es liegt eine polare Bindung vor. Moleküle sind Dipole, wenn polare Atombindungen auftreten ( EN 0) und die Ladungsschwerpunkte nicht zusammenfallen Dipol-Dipol-Kräfte wirken bei Molekülen mit permanenten Dipolen, da sich die Teilladungen gegenseitig anziehen: Br F Br F Grundwissen hemie: SG 10 7/46 Wasserstoffbru ckenbindungen Erläutere die Wasserstoffbrückenbindungen an einem Beispiel. Grundwissen hemie: SG 10 8/46 Van-der-Waals-Kra fte Erläutere die Van-der-Waals-Kräfte an einem Beispiel. Wasserstoffbrückenbindungen sind besonders starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen einem stark polar gebundenem -Atom und dem freien Elektronenpaar eines stark elektronegativem Atoms (F, l,, N): Van-der-Waals-Kräfte treten zwischen spontanen und induzierten Dipolen durch zufällige Ladungsverschiebung auf. Ihre Stärke nimmt mit steigender Atommasse und Molekülgröße zu. Zum Beispiel wirken nur geringe Anziehungskräfte zwischen Methanmolekülen.

3 Grundwissen hemie: SG 10 9/46 Zwischenmolekulare Kra fte rdne die zwischenmolekularen Kräfte nach ihrer Stärke und gehe auf ihre Bedeutung für die Schmelz- und Siedepunkte ein. Grundwissen hemie: SG 10 10/46 Lo slichkeit Formuliere einen Grundsatz zur Löslichkeit von Stoffen in Lösungsmitteln. Schmelz- und Siedepunkte liegen umso höher, je schwerer die Teilchen sind und stärker die intermolekularen Kräfte sind. Ion-Ion- Wechselwirkung Ion-Dipol- Wechselwirkung Wasserstoffbrückenbindung Dipol-Dipol- Wechselwirkung Van-der-Waals-Kräfte Similia similibus solvuntur. Bsp.: Polare Stoffe wie Salze lösen sich gut in polaren Lösungsmitteln wie Wasser. Unpolare Stoffe wie Fett lösen sich gut in unpolaren Lösungsmitteln wie Benzin. Grundwissen hemie: SG 10 11/46 Lo sungsenergie Erläutere die Löslichkeit eines Salzes aus energetischer Sicht. Grundwissen hemie: SG 10 12/46 Sa uren und Basen Erläutere die Begriffe Säure und Base nach Br nsted. Beim Lösen eine Salzes wird das Ionengitter unter Energieaufwand aufgebrochen (Gitterenergie E G > 0). Unter Energiefreigabe wird dann eine ydrathülle um die Ionen gebildet (ydratationsenergie E < 0): Lösungsenergie E L = E G + E E L < 0 Erwärmung E L > 0 Abkühlung E L >> 0 schwer löslich Eine Säure ist ein Protonendonator, d.h. sie enthält (mindestens) ein abspaltbares (polar gebundenes) Proton +. Eine Base ist ein Protonenakzeptor, d.h. sie kann mindestens ein Proton (an einem freien Elektronenpaar) aufnehmen. Säure korrespondierende Base + +

4 Grundwissen hemie: SG 10 13/46 Saure Lo sungen Erläutere den Begriff Saure Lösung. Grundwissen hemie: SG 10 14/46 Alkalische Lo sungen Erläutere den Begriff Alkalische Lösung. Säure + Wasser saure Lösung Base + Wasser alkalische Lösung Saure Lösungen enthalten xonium-ionen 3 + sind ätzend sind elektrisch leitfähig verändern die Farbe von Indikatoren schmecken sauer lösen unedle Metalle unter 2 -Bildung auf. lösen Kalkstein unter 2 -Bildung auf. Alkalische Lösungen enthalten ydroxid-ionen - sind ätzend sind elektrisch leitfähig verändern die Farbe von Indikatoren schmecken bitter fühlen sich schmierig an Grundwissen hemie: SG 10 15/46 Sa ure - Base - eaktion (= Protolyse) Formuliere die allgemeine Schreibweise einer Säure - Base - eaktion und kennzeichne die korrespondierenden Säure - Base - Paare an einem konkreten Beispiel. Grundwissen hemie: SG 10 16/46 Wichtige Sa uren und Basen Gib die Summenformel für folgende Säuren und Basen an: Säure Base Wasserstoffchlorid l Ammoniak N 3 Salpetersäure N 3 Natriumhydroxid Na Schwefelsäure 2 S 4 Kaliumhydroxid K Kohlensäure 2 3 alziumhydroxid a() 2 Phosphorsäure 3 P 4 Bei einer Protolyse findet ein Protonenübergang statt: Säure Base Säure 1 + Base 2 Base 1 + Säure 2 l + N 3 l - + N 4 + Wasserstoffchlorid l Ammoniak N 3 Salpetersäure N 3 Natriumhydroxid Na Schwefelsäure 2 S 4 Kaliumhydroxid K Kohlensäure 2 3 alziumhydroxid a() 2 Phosphorsäure 3 P 4

5 Grundwissen hemie: SG 10 17/46 Spezialfall Wasser Erläutere die spezielle olle von Wasser in der Säure - Base - hemie. Grundwissen hemie: SG 10 18/46 p-wert Erläutere die Bedeutung des p-wertes. Wasser kann je nach eaktionspartner als Säure oder Base fungieren (Ampholyt): S1 B2 B1 S1 2 + N N 4 l + 2 l Somit können Wassermoleküle auch untereinander reagieren (Autoprotolyse): Der p Wert (potentia hydrogenii) ist ein praktikables Maß für die Anzahl an xonium- Ionen ( 3 + ) in einer wässrigen Lösung: c( 3 ) p lg mol / l Bsp. p-wert c( 3 ) + N( 3 ) + neutral mol/l 6, sauer mol/l 6, alkalisch mol/l 6, Grundwissen hemie: SG 10 19/46 Sa ure-base-indikator Erläutere den Begriff Säure-Base-Indikator und gib zwei Beispiele an. Grundwissen hemie: SG 10 20/46 Sa ure-base-titration Beschreibe das Prinzip einer Säure-Base- Titration. Ein Säure-Base-Indikator zeigt durch seine Farbe an, ob eine Lösung sauer, neutral oder basisch ist. sauer neutral alkalisch Lackmus rot violett blau Phenolphthalein farblos rosa rot Bei einer Titration kann mit ilfe einer Neutralisationsreaktion die Stoffmengenkonzentration von Säuren oder Basen bestimmt werden. Dazu wird der Verbrauch an Maßlösung bis zum Erreichen des Äquivalenzpunktes mit einem Indikator ermittelt.

6 Grundwissen hemie: SG 10 21/46 eduktion und xidation Erläutere die Begriffe eduktion und xidation an je einem Beispiel. Grundwissen hemie: SG 10 22/46 edoxreaktion Formuliere die allgemeine Schreibweise einer edoxreaktion und kennzeichne die korrespondierenden edox - Paare an einem konkreten Beispiel. eduktion xidation Z wird negativer Z wird positiver e - - Aufnahme durch xidationsmittel (= e - - Akzeptor) e - - Abgabe durch eduktionsmittel (= e - - Donator) 2 + 4e e - Eine edoxreaktion ist ein e - - Übergang vom e - - Donator zum e - - Akzeptor. edm 1 + xm 2 xm 1 + edm 2 Zn + u 2+ Zn 2+ + u e - - Donator e - - Akzeptor + e - Grundwissen hemie: SG 10 23/46 xidationszahl Erläutere die Bedeutung der xidationszahl und ermittle sie für folgende Beispiele. u N 2 u 2+ F - Grundwissen hemie: SG 10 24/46 omologe eihe der Alkane Was versteht man unter der omologen eihe der Alkane? N 3 KMn Die xidationszahl beschreibt die xidationsstufe der Atome. Sie hilft beim Erstellen einer edoxgleichung II -I u N 2 u 2+ F - +I +V -II +I +VII -II +I -I N 3 KMn Unter der omologen eihe der Alkane versteht man gesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen, deren Summenformeln sich jeweils um eine Methylengruppe ( 2 - Gruppe) unterscheiden: kettenförmige Alkane: n 2n+2 Bsp.: 4, 2 6, 3 8, cyklische Alkane: n 2n

7 Grundwissen hemie: SG 10 25/46 Benennung der Alkane Benenne die ersten zwölf Vertreter aus der omologe eihe der kettenförmigen Alkane und notiere ihre Summenformel. Grundwissen hemie: SG 10 26/46 Isomerie Erkläre den Begriff Isomerie. Methan 4 eptan 7 16 Ethan 2 6 ctan 8 18 Propan 3 8 Nonan 9 20 Butan 4 10 Decan Pentan 5 12 Undecan exan 6 14 Dodecan Isomerie bedeutet, dass zu einer Summenformel mehrere unterscheidbare Strukturen existieren. Diese isomeren Verbindungen bzw. Isomere können sich unterscheiden in der räumlichen Anordnung der Atome: Stereoisomerie eihenfolge der Atome: Strukturisomerie (= Konstitutionsisomerie) Grundwissen hemie: SG 10 27/46 Konstitutionsisomerie Verdeutliche den Begriff Konstitutionsisomerie am Beispiel Grundwissen hemie: SG 10 28/46 Nomenklaturregeln Verdeutliche die Nomenklaturregeln nach IUPA am folgenden Beispiel: Zur Summenformel 5 12 lassen sich drei Konstitutionsisomere erstellen: n-pentan iso-pentan 2-Methylbutan neo-pentan 2,2-Dimethylpropan 1. Suchen der längsten -Kette: exan 2. Numerierung der auptkette an dem Ende beginnen, wo sie zuerst verzweigt 3. Seitenketten als Alkylreste benennen und alphabetisch sortieren: ethyl, methyl 4. Gesamtanzahl gleicher Seitenketten durch Vorsilben benennen: dimethyl 5. Position der Seitenketten ergänzen: 4-Ethyl-2,4-dimethylhexan

8 Grundwissen hemie: SG 10 29/46 Eigenschaften der Alkane Beschreibe wesentliche Eigenschaften der Alkane. Grundwissen hemie: SG 10 30/46 eaktionsverhalten der Alkane Formuliere die eaktionsgleichungen für die eaktion von eptan mit a) Sauerstoff b) Brom Zwischen den unpolaren Molekülen wirken Vander-Waals-Kräfte. Diese nehmen mit steigender Kettenlänge zu: Aggregatszustände bei aumtemperatur: Gase Flüssigkeiten wachsartige Feststoffe Löslichkeitsverhalten: lipophil = hydrophob a) Verbrennung: E i < 0 b) Bromierung: Br Br + -Br (g) Die alogenierung der Alkane durch radikalische Substitution erfolgt in drei Schritten: Start - Kettenreaktion - Abbruch Grundwissen hemie: SG 10 31/46 Ungesa ttigte Kohlenwasserstoffe Was versteht man unter Ungesättigten Kohlenwasserstoffen? Grundwissen hemie: SG 10 32/46 eaktionsverhalten der Ungesa ttigten Kohlenwasserstoffe Formuliere die eaktionsgleichungen für die eaktion von exen mit a) Sauerstoff b) Wasserstoff b) Brom Ungesättigte Kohlenwasserstoffe haben nicht die Maximalzahl an -Atomen gebunden: Alkene Alkine n 2n n 2n-2 mit Doppelbindung mit Dreifachbindung z.b. Ethen 2 4 z.b. Ethin 2 2 Sie ähneln in ihren physikalischen Eigenschaften den Alkanen, sind aber reaktiver. a) Verbrennung: E i < 0 b) ydrierung: c) Bromierung: Br Br 2 Die Sättigung der Alkene oder Alkine erfolgt durch elektrophile Addition.

9 Grundwissen hemie: SG 10 33/46 Elektrophil und Nucleophil Erkläre die Begriffe Elektrophil und Nucleophil am Beispiel der alogenierung von Ethen. Grundwissen hemie: SG 10 34/46 Alkohole Klassifiziere die Stoffgruppe der Alkohole. Elektrophiler Angriff: Eletrophil = Teilchen mit Elektronenmangel bzw. positiver (Partial)-Ladung, z.b. Br +, lagert sich an der Doppelbindung von Ethen an. Nukleophiler (ückseiten-) Angriff: Nucleophil = Teilchen mit Elektronenüberschuss bzw. negativer (Partial)-Ladung, z.b. Br -, lagert sich von der ückseite an das Bromonium-Ion an. Alkohole enthalten als funktionelle Gruppe mindestens eine ydroxygruppe: - z.b. Trinkalkohol Ethanol: Man unterscheidet: nach der Anzahl der ydroxygruppen: einwertige und mehrwertige Alkohole nach der Anzahl der -Atome, die neben der ydroxygruppe gebunden sind: primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole Grundwissen hemie: SG 10 35/46 Eigenschaften der Alkohole Erläutere wesentliche Eigenschaften der Alkohole. Grundwissen hemie: SG 10 36/46 xidierbarkeit der Alkohole Erstelle einen Überblick zur stufenweise xidation der Alkohole. Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den polaren ydroxygruppen sorgen für hohe Schmelz- und Siedepunkte: Mit zunehmender Länge des lipophilen Alkylrestes sinkt die Wasserlöslichkeit. x. x. primärer Alkohol Aldehyd arbonsäure ' x. sekundärer Alkohol '' ' x. tertiärer Alkohol ' Keton x.

10 Grundwissen hemie: SG 10 37/46 arbonylverbindungen Klassifiziere die arbonylverbindungen. Grundwissen hemie: SG 10 38/46 xidationszahlen aus Strukturformeln ermitteln Ermittle aus der Strukturformel von Propenal die xidationszahlen aller enthaltenen Atome. arbonylverbindungen enthalten als funktionelle Gruppe die polare arbonylgruppe: X Aldehyde Ketone X = X = Alkylrest z.b. Propanal z.b. Propanon Grundwissen hemie: SG 10 39/46 Aldehyde und ihr Nachweis Beschreibe zwei Nachweisreaktionen für Aldehyde. Grundwissen hemie: SG 10 40/46 arbonsa uren Beschreibe ausgehend von der Struktur der arbonsäuren ihre wesentlichen Stoffeigenschaften. Aldehyde können zur arbonsäure oxidiert werden: x: e mögliche xidationsmittel im Alkalischen: Fehlingprobe: ziegelroter Niederschlag ed: 2 u e u Tollensprobe: Silberspiegel ed: Ag + + e - Ag polare arboxygruppe: - Wasserstoffbrückenbindungen sorgen für relativ hohe Schmelz- und Siedepunkte Wasserlöslichkeit sinkt mit Kettenlänge schwache Protonendonatoren:

11 Grundwissen hemie: SG 10 41/46 Ester Formuliere die Gleichgewichtsreaktion der Esterbildung. Grundwissen hemie: SG 10 42/46 Monosaccharide Erläutere die Grundstruktur der Kohlenhydrate am Beispiel des Monosaccharids (Einfachzucker) Glucose Eine arbonsäure reagiert mit einem Alkohol unter Wasserabspaltung zum Ester: Kondensation ydrolyse Kohlenhydrate enthalten mehrere ydroxygruppen und eine arbonylgruppe. Einfachzucker liegen offenkettig oder in ingform vor. Glucose 2 Grundwissen hemie: SG 10 43/46 Polyssaccharide Beschreibe den Aufbau der Stärke. Grundwissen hemie: SG 10 44/46 Aminosa uren Erläutere Bau und Bedeutung der Aminosäuren. Monosaccharide können zu Polysacchariden (Vielfachzucker) verknüpft werden. z.b. bestehen die spiralförmig gewundenen Molekülstränge der Stärke aus Glucose-ingen: Protonenübergang zwischen der aboxy- und der Amino-Gruppe führt zum Zwitter-Ion: N Bausteine der Proteine 20 verschiedene Aminosäuren je nach est im menschlichen Körper N + -

12 Grundwissen hemie: SG 10 45/46 Proteine Erläutere den Bau der Proteine. Grundwissen hemie: SG 10 46/46 Fette Erläutere den Bau der Fette an einem konkreten Beispiel. Die Vielfalt der Proteine entsteht durch Verknüpfung unterschiedlicher Aminosäuren:... N Peptidbindung 1 N 2... Fette sind Ester aus dem dreiwertigen Alkohol Glycerin und drei Fettsäuren (= meist langkettige, unverzweigte, geradzahlige, gesättigte oder (mehrfach) ungesättigte arbonsäuren): 3 3 3