- besteht aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen miteinander verbundenen Atomen - nach außen hin elektrisch neutral.

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1 Bau von Stoffen - Stoffklasse (Molekülsubstanzen, Ionensubstanzen.) - Name und Art der Teilchen - Anziehungskräfte innerhalb / zwischen den Teilchen (Bindungen, zwischenmolekulare Kräfte) - Formel - Struktur der Teilchen (evtl. Skizze) räumliche Anordnung Abstände Beweglichkeit Eigenschaften von Stoffen - mit Sinnesorganen wahrnehmbar z.b.: Farbe, Geruch, Aggregatzustand - stoffspezifische Eigenschaften / physikalische Eigenschaften z.b.: Dichte, Siede- und Schmelztemperatur - experimentell bestimmbare Eigenschaften / chemische Eigenschaften z.b.: Wasserlöslichkeit, Brennbarkeit, elektrische Leitfähigkeit - physiologische Wirkung z.b.: giftig, krebserregend Teilchenarten Teilchenart Atom Molekül Ion Merkmale - nach außen hin elektrisch neutral - Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen Beispiel Name chem. Zeichen Chloratom Cl - besteht aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen miteinander verbundenen Atomen - nach außen hin elektrisch neutral Chlormolekül Cl 2 - elektrisch geladenes Teilchen atomarer Größenordnung - Kation: positiv geladen - Anion: negativ geladen Chlorid-Ion Cl - Magnesium-Ion Mg 2+

2 Chemische Zeichensprache chemische Zeichen: - Symbol -Formel für Atom, Element; für Moleküle, Ionen, Baueinheiten z.b.: Na, C 2 O Na +, Cl - NaCl Arten von Formeln: - Summenformel: Verhältnisformel (MgCl 2 )/ Molekülformel ( 2 O) - Strukturformel: vereinfacht C 3 - C 2 - C 3, ausführlich C C - Lewisformel: Cl Gleichungen: - Wortgleichung: Ausgangsstoff / Edukt Reaktionsprodukt / Produkt z.b.: Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid ; exotherm - chemische Gleichung/ Reaktionsgleichung: z.b.: 2 Mg + O 2 2MgO

3 Merkmale chemischer Reaktionen 1. Stoffumwandlung Bei allen chemischen Reaktionen finden Stoffumwandlungen statt. Es entstehen neue Stoffe mit anderen Eigenschaften. Ausgangsstoffe z.b. Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid silbrig glänzend fest brennbar farblos gasförmig fördert die Verbrennung weiß fest, pulvrig nicht brennbar elektrisch leitfähig 2. Energieumwandlung Bei allen chemischen Reaktionen findet die Umwandlung chemischer Energie der Stoffe in andere Energieformen (oder umgekehrt) statt. Bei Reaktionen, die mit Wärmeerscheinungen verbunden sind, unterscheidet man zwischen exothermen und endothermen Reaktionen Exotherme Reaktion Energie der Stoffe E chem, AS E chem, RP Chemische Energie der Ausgangsstoffe an Umgebung abgegebene Wärmeenergie Chemische Energie der Reaktion verläuft unter Wärmeabgabe an die Umgebung Reaktionsverlauf Chemische Energie der Ausgangsstoffe wird umgewandelt in chemische Energie der und Wärmeenergie E chem, AS > E chem, RP 2.2. Endotherme Reaktion Energie der Stoffe E chem, RP E chem, As aus Umgebung aufgenommene Wärmeenergie Chemische Energie der Ausgangsstoffe Chemische Energie der Reaktion verläuft unter Wärmeaufnahme aus der Umgebung Reaktionsverlauf Thermische Energie der Umgebung wird umgewandelt in chemische Energie der E chem, AS < E chem, RP

4 3. Umbau und Veränderung der Teilchen und chemischen Bindungen Bei allen chemischen Reaktionen kommt es zur Veränderung der Teilchen. Dabei bleibt die Anzahl der gebundenen Teilchen der in den Ausgangsstoffen und n enthaltenen Elemente stets gleich. (Gesetz von der Erhaltung der Masse) Bei allen chemischen Reaktionen werden vorhandene chemische Bindungen gelöst und neue Bindungen geknüpft. z.b. Kohlenstoff + Sauerstoff Kohlendioxid C + O 2 CO 2 Kohlenstoff- Sauerstoff- Kohlendioxidatome moleküle moleküle Atombindung Atombindung polare Atombindung zw. Kohlenstoff- zw. Sauerstoff- zw. Kohlenstoff- und atomen atomen Sauerstoffatomen Beeinflussbarkeit chemischer Reaktionen Die Reaktionsgeschwindigkeit kann erhöht werden durch: 1. Temperaturerhöhung z.b. Förderung des Gehens von efeteig an einem warmen Ort 2. Erhöhung der Konzentration der Ausgangsstoffe z.b. Förderung der Verbrennung von olzkohle beim Grillen durch Luft- (Sauerstoff-) Zufuhr 3. Verbesserung der Durchmischung der Ausgangsstoffe / Erhöhung des Zerteilungsgrades z.b. Gefahr von Kohlestaubexplosionen 4. Katalysatoren Ein Katalysator nimmt unter Bildung instabiler Zwischenprodukte an der Reaktion teil. Die nun ablaufende Reaktion benötigt eine geringere Aktivierungsenergie und läuft dadurch schneller ab. Am Ende der Reaktion liegt der Katalysator in unveränderter Form wieder vor. z.b. Umsatz von Schadstoffen am Autoabgaskatalysator

5 Stoffklassen Metalle Molekülsubstanzen Ionensubstanzen Polymere Stoffe Art der Teilchen Metall-Atome, Metall-Ionen, frei bewegliche Elektronen Moleküle Kationen, Anionen Makromoleküle Anordnung der Teilchen im Feststoff Metallgitter Metallkristall Atomgitter Atomkristall, Molekülkristall Ionengitter Ionenkristall teilweise Atomverband Art der chemischen Bindung Metallbindung Atombindung (Elektronenpaarbindung, kovalente Bindung) Ionenbindung Atombindung Charakteristische Eigenschaften Aggregatzustand: fest hohe Schmelzund Siedetemperatur Aggregatzustand: gasförmig / flüssig relativ niedrige Schmelz- und Siedetemperatur Aggregatzustand: fest sehr hohe Schmelz- und Siedetemperatur Aggregatzustand: fest relativ hohe Schmelz- und Siedetemperatur, oft zersetzlich elektrisch leitfähig elektrisch leitfähig nur in Lösung und in der Schmelze meist nicht elektrisch leitfähig verformbar wärmeleitfähig spröde plastisch/elastisch verformbar/weich/ hart Glanz

6 Chemische Bindungen Metallbindung Atombindung Ionenbindung In Metallen Anziehungskraft zwischen Metall-Kationen und frei beweglichen Elektronen (Elektronengas) In Molekülsubstanzen (Nichtmetalle und Verbindungen mehrerer Nichtmetalle) Anziehungskraft zwischen Protonen im Atomkern und gemeinsamen Elektronenpaaren (Elektronenpaarbindung, kovalente Bindung) In Ionensubstanzen (Verbindungen aus Nichtmetallen und Metallen) Anziehungskraft zwischen Kationen und Anionen unpolar polar Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare (EP) EP wird von beiden Elementen gleich stark angezogen EP wird vom elektronegativeren Element stärker angezogen EN = 0 EN > 0 Natrium Chlor Chlorwasserstoff Natriumchlorid

7 Zwischenmolekulare Kräfte Kraft Van-der-Waals-Kräfte Dipol-Dipol-Kräfte Wasserstoffbrückenbindungen Wesen Stärke (allg.) Anziehungskräfte zwischen Molekülen Anziehungskräfte zwischen Dipol- Molekülen, die auf den Wechselwirkungen zwischen entgegengesetzten Teilladungen beruhen. nötig sind: - polare Atombindungen, die zu Teilladungen (Partialladungen) führen - räumlich getrennte Ladungsschwerpunkte zunehmend Anziehungskräfte zwischen stark polar gebundenen, teilweise (partiell) positiv geladenen Wasserstoffatomen und freien Elektronenpaaren eines stark elektronegativen Elements (F, O, N) Stärke abhängig von Molekülgröße (Molekülmasse) EN-Differenz der Atome und damit Polarität der Atombindung (Größe der Partialladungen) EN-Werten der Bindungspartner der Wasserstoffatome beeinflusste Stoffeigenschaften Siede- und Schmelztemperatur Aggregatzustand Siede- und Schmelztemperatur Aggregatzustand Löslichkeit in bestimmten Lösungsmitteln Siede- und Schmelztemperatur Aggregatzustand Löslichkeit in bestimmten Lösungsmitteln Dichte Beispiele Wasserstoff Chlorwasserstoff Wasser Chlorwasserstoff Wasser Wasser

8 Reaktionsarten Säure-Base-Reaktion Def.: Säure-Base-Reaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Wasserstoffionen + (Protonen) von einem Teilchen auf ein anderes übergehen. Säure-Base-Definition nach ARRENIUS Neutralisation Säuren sind Stoffe, die bei der Dissoziation in wässriger Lösung Wasserstoff-Ionen abspalten, z. B. Basen sind Stoffe, die bei der Dissoziation in wässriger Lösung ydroxid-ionen abspalten, z. B. CI + + Cl NaO Na + + O Exotherme chemische Reaktion, bei der Wasserstoff-Ionen einer sauren Lösung mit den ydroxid-ionen einer basischen Lösung zu einer neutralen Lösung reagieren. + + O 2 O Redoxreaktion: Def.: Redoxreaktionen sind Reaktionen mit Elektronenübergang, bei denen eine Oxidationsreaktion und eine Reduktionsreaktion miteinander gekoppelt sind. Redoxreaktionen sind Reaktionen, bei denen sich die Oxidationszahlen von Elementen durch Elektronenübergang verändern. 1 ±0 1 ±0 2 Br + CI 2 2 Cl + Br 2 ±0 1 CI e 2 Cl 1 ±0 2 Br Br e Oxidation: Reaktion, bei der Elektronen abgegeben werden. (OZ ) Reduktion: Reaktion, bei der Elektronen aufgenommen werden. (OZ ) Oxidationsmittel: Reaktionsteilnehmer, deren Oxidationszahl durch Elektronenaufnahme kleiner wird. Das Oxidationsmittel wird bei der Redoxreaktion reduziert. Reduktionsmittel: Reaktionsteilnehmer, deren Oxidationszahl durch Elektronenabgabe größer wird. Das Reduktionsmittel wird bei der Redoxreaktion oxidiert Fällungsreaktion Def.: Fällungsreaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen Ionen eines schwerlöslichen Salzes in der Lösung zusammentreten, so dass dieses Salz als Niederschlag ausfällt. In Reaktionsgleichungen wird das Ausfallen eines Stoffes mit einem oder einem (s) für solid hinter der Summenformel des Stoffs gekennzeichnet. Fällungsreaktionen werden oft als Nachweisreaktionen eingesetzt. (z.b. Sulfat-, alogenid-, Carbonat-Nachweis) z. B.: SO Ba 2+ BaSO 4 Ag + + Cl AgCl

9 Oxidationszahlen Angabe von Art und Anzahl der Ladungen von freien oder in Verbindungen enthaltenen Elementen, wobei jedes einzelne Teilchen der Elemente als Ion betrachtet wird. Die Oxidationszahlen können als arabische Ziffern mit positivem oder negativem Vorzeichen über dem Symbol angegeben werden z.b. S 0 2 Festlegungen beim Bestimmen von Oxidationszahlen Es gilt für die Festlegung z.b. 1. freie Elemente Oxidationszahl = ±0 ±0 ±0 Cl 2 ; Cu 2. Moleküle von Verbindungen 1 Summe aller Oxidationszahlen = C O 2 3. einfache Ionen Oxidationszahl = elektrische Ladung +1-1 Na + ; Br - 4. zusammengesetzte Ionen Summe aller Oxidationszahlen = elektrische Ladung 5. Elemente in Verbindungen Metalle Oxidationszahl = immer positiv, entspricht der Ladung N Cu Wasserstoff Oxidationszahl = Sauerstoff Oxidationszahl = elektrisch neutrale Atomgruppen organischer Verbindungen 2 O Summe aller Oxidationszahlen = C 3 1 Bei Verbindungen mit Ionenbindung wird entsprechend der Formel das Zahlenverhältnis der Ionen zugrunde gelegt. Redoxreaktionen: Teilreaktion Oxidation: Teilreaktion Reduktion: die OZ ändern sich Reaktion mit Elektronenübergang OZ werden größer Elektronenabgabe OZ werden kleiner Elektronenaufnahme

10 Kohlenwasserstoffe Beispiel (Name, Summenformel, Strukturformel) Alkane Alkene Alkine Methan, C 4 C Ethan, C 2 6 C C Ethen, C 2 4 Ethin, C 2 2 C C C C Propan, C 3 8 C C C Propen, C 3 6 C C C Propin, C 3 4 Allgemeine Summenformel C n 2n+2 C n 2n C n 2n-2 C C C Strukturmerkmal Einfachbindung (gesättigt) Doppelbindung (ungesättigt) Dreifachbindung (ungesättigt) Typische Reaktionen Substitution Eliminierung Addition Eliminierung Addition Nachweis Bromwasser wird entfärbt Bromwasser wird entfärbt

11 Organische Grundreaktionen Substitution: (lat. substituere: ersetzen) Def.: Die Substitution ist eine chemische Reaktion, bei der zwischen den Molekülen der Ausgangsstoffe Atome bzw. Atomgruppen ausgetauscht werden. Ausgangsstoffe A + B C + D exan + Brom Monobromhexan + Bromwasserstoff C Br 2 C 6 13 Br + Br Substitutionen sind bevorzugt bei allen Alkanen möglich. Addition: (lat. addere = dazugeben) Def.: Die Addition ist eine chemische Reaktion, bei der sich jeweils zwei Moleküle der Ausgangsstoffe unter Aufspaltung von Mehrfachbindungen zu einem Molekül des Reaktionsprodukts verbinden. Ausgangsstoffe A + B C Ethen + Chlor Dichlorethan (alogenierung) C Cl 2 C 2 4 Cl 2 Ethen + Wasserstoff Ethan (ydrierung) C C 2 6 Eliminierung: (lat. eliminare über die Schwelle bringen, entfernen ) Def.: Die Eliminierung ist eine chemische Reaktion, bei der aus jeweils einem Molekül des Ausgangsstoffs mindestens zwei Atome unter Ausbildung von Mehrfachbindungen abgespalten werden. Ausgangsstoffe A C + D Ethan Ethen + Wasserstoff (Dehydrierung) C 2 6 C Dichlorethan Ethen + Chlor C 2 4 Cl 2 C Cl 2 Substitution

12 Organische Stoffe mit dem Element Sauerstoff im Molekül Stoffklasse Alkanole Alkanale Alkansäuren Strukturmerkmal ydroxygruppe O Aldehydgruppe CO Carboxylgruppe -COO (ydroxylgruppe) Beispiele Strukturformel (Formaldehyd) (Ameisensäure) Name C 3 O Methanol CO Methanal COO Methansäure C 3 C 2 O Ethanol C 3 CO Ethanal Ethansäure C (Acetaldehyd) 3 COO (Essigsäure) C 3 C 2 C 2 O Propanol C 3 C 2 CO Propanal C 3 C 2 COO Propansäure Nachweis Reaktionen Oxidationsreihe - Verbrennung (Redoxreaktion) 2C 3 7 O + 9O 2 6CO O - Rektion mit Kupfer(II)-oxid R-C 2 O + CuO R-CO + Cu + 2 O (Dehydrierung zu Alkanalen) C 3-1 C 2 O Oxidation Reduktion - Fehlingsche Probe ziegelroter Niederschlag - Silberspiegelprobe (Tollenssche Probe) schwarzer Niederschlag oder Silberspiegel - Schiffs-Reagenz (Fuchsinschweflige Säure) Rosa- bis Violettfärbung - Verbrennung (Redoxreaktion) C 2 5 CO + 3O 2 3CO O - Reduktion anderer Stoffe, dabei Oxidation zu Alkansäuren (siehe Nachweise) C 3 +1 CO Oxidation Reduktion Unitestlösung Rotfärbung - Verbrennung (Redoxreaktion) 2C 2 5 COO + 7O 2 6CO O - Dissoziation R-COO R-COO Reaktion mit unedlen Metallen 2 R-COO + Mg (R-COO) 2 Mg Neutralisation (Säure-Base-Reaktion) R-COO + NaO R-COONa + 2 O - Reaktion mit Metalloxiden 2R-COO + CuO (R-COO) 2 Cu + 2 O +3 C 3 COO

13 Nachweisreaktionen Nachweismittel Beobachtung Sauerstoff O 2 Spanprobe Aufglühen Wasserstoff 2 Knallgasprobe Wasserstoff-Ion + Indikator Unitest Rotfärbung ydroxid-ion O - Indikator Unitest Blaufärbung Kohlendioxid CO 2 Calciumhydroxidlösung (Kalkwasser) oder Bariumhydroxidlösung (Barytwasser) CO 2 + Ca(O) 2 CO 2 + Ba(O) 2 CaCO O BaCO O weißer Niederschlag Mehrfachbindung Brom (Bromwasser) Entfärbung Aldehydgruppe -CO Carboxylgruppe -COO Fehlingsche Probe (Fehling I und II) Tollens Reaktion / Silberspiegelprobe (ammoniakalische Silbernitratlösung) Schiffs-Reagenz (Fuchsinschweflige Säure) Indikator Unitest Reaktion mit unedlen Metallen ziegelroter Niederschlag Silberspiegel Rotviolettfärbung Rotfärbung Wasserstoffentstehung Stärke Iod-Kaliumiodidlösung Dunkelviolettfärbung Fette Fettfleckprobe durchscheinender Fleck Eiweiße Xanthoproteinreaktion (Salpetersäure) Biuretreaktion (Kupfersulfatlösung und Natronlauge) Gelbfärbung Violettfärbung Chlorid-Ion Cl - Silbernitrat-Lösung weißer Niederschlag AgNO 3 + Cl - AgCl + NO 3 - Bromid-Ion Br - Silbernitrat-Lösung käsiger Niederschlag AgNO 3 + Br - AgBr + NO 3 - Silbernitrat-Lösung gelber Niederschlag Iodid-Ion I - AgNO 3 + I - - AgI + NO 3 (Ansäuern mit verd. Salzsäure) weißer Niederschlag 2- Bariumchlorid-Lösung Sulfat-Ion SO 4 2- BaCl 2 + SO 4 BaSO 4 + 2Cl - Carbonat-Ion CO 3 2- mit verd. Salzsäure versetzen, entstehendes Gas in Calcium- oder Bariumhydroxid-Lösung einleiten CO CO O - (weiter siehe CO 2 ) Gasentstehung weißer Niederschlag