CHEMIE. Walter Friedli. Repetitorium Allgemeine und anorganische Chemie. Teil 1: Atombau und Bindungslehre. Studienbücher

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1 CHEMIE s Studienbücher Walter Friedli Repetitorium Allgemeine und anorganische Chemie Teil 1: Atombau und Bindungslehre DIESTER WEG SALLE Frankfurt am Main Berlin. München VERLAG SAUERLÄNDER Aarau Frankfurt am Main

2 Inhaltsverzeichnis Teil 1 (Kapitel 1-10) 1 Einleitung 1.1 Die Chemie als eine Naturwissenschaft Die Aufgabe der Chemie Materie und Stoffe Die Einteilung der Stoffe Homogene Mischungen Heterogene Mischungen Kolloide (kolloiddisperse) Systeme Eigenschaften der reinen Stoffe Aggregatzustände Geruch und Geschmack Farbe und Glanz Dichte Härte Schmelzpunkt und Siedepunkt Kristallform Löslichkeit Spezifische Wärme Elektrische und Wärmeleitfähigkeit Elastizität und Duktilität Diffusion, Löslichkeit und Konzentration 24 2 Die physikalischen Trennmethoden: Fraktioniermethoden 2.1 Auslesen Sedimentieren Extraktion Filtrieren Sublimation Schlämmen Dialyse Kristallisieren Eindampfen Destillation Absorption 34 3 Elemente und Verbindungen 36 4 Die Atome 4.1 Die chemischen Symbole Das Gesetz von der Erhaltung der Masse und der Energie Das Gesetz der konstanten Proportionen Die Atomhypothese von Dalton 42

3 4.5 Das Gesetz der multiplen Proportionen Chemische Formeln Chemische Reaktionsgleichungen Die Reaktionswärme oder Wärmetönung (Reaktionsenthalpie) Der Aufbau der Atome Das Rutherfordsche Kern-Hülle-Modell Der Atomkern Die Elementarteilchen Die Isotope Das Schalenmodell der Elektronenhülle Die Modellvorstellungen Die Radioaktivität Die Arten der radioaktiven Strahlung Natürliche Radioaktivität Künstliche Kernreaktionen Kernspaltung (Fission) und Herstellung künstlicher Isotope Die Atommasse Das Mol Die Formelmasse Die Volumenverhältnisse bei chemischen Vorgängen Die Gasgesetze Der gasförmige Zustand Die Diffusion der Gase Das ideale Gas Die Gasgesetze Das Druck-Volumengesetz von Boyle-Mariotte Die Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur (Gesetz von Gay-Lussac) Die allgemeine Zustandsgieichung der Gase Stöchiometrische Berechnungen Die Berechnung der Menge oder Volumina der Endstoffe, die bei einer chemischen Reaktion entstehen Die Berechnung der prozentualen Anteile der in einer Verbindung enthaltenen Elemente 82 5 Das Periodensystem (PSE) 5.1 Das Gesetz der Periodizität Die Einteilung des Periodensystems Zusammenhänge zwischen dem Periodensystem (PSE) und der Struktur der Elektronenhülle (Schalenaufbau) Chemische Eigenschaften und Struktur der Elektronenhülle Die Unterteilung der Schalen in Unterschalen oder Niveaus 90 6 Die chemischen Bindungstypen 6.1 Übersicht über die Bindungstypen Das Wolkenmodell der Atome Die Atombindung Die Elektronen- oder Lewis-Formeln Die räumliche Richtung der Atombindung 100

4 6.6 Die Ableitung der Molekülformeln kovalenter Verbindungen Die Ableitung der Strukturformeln aus der gegebenen Molekülformel H 2 S0 4 (Schwefelsäure) HC10 4 (Perchlorsäure) Die polare Atombindung Der Dipolcharakter eines Moleküls Die zwischenmolekularen Kräfte Die Mesomerie Die Eigenschaften der Molekülverbindungen Die Benennung der Molekülverbindungen (Nomenklatur) Die Ionenbindung 7.1 Einleitung Atom- und Ionenradien Atomradien Die Ionenradien lonisierungsenergie Elektronenaffinität Die Reaktion zwischen einem Metall und einem Nichtmetall: die Bildung eines Salzes Die Energieumsätze bei einer Reaktion zwischen Metallen und Nichtmetallen Die Ableitung der Substanzformel Das lonengitter Die Benennung der Salze (lonenverbindungen) Komplexionen und Komplexsalze Metallkomplexionen Molekülionen Komplexsalze Die Eigenschaften der Salze (lonenverbindungen) Die metallische Bindung 8.1 Die physikalischen Eigenschaften der Metalle Das Metallgitter und die metallische Bindung Die Typen der Kugelpackung Die Legierungen Übergänge zwischen Atom- und Ionenbindung und zwischen Ionen- und Atombindung 9.1 Die polare Atombindung Die lonenbindung mit partiellem Atombindungscharakter Der Übergang von der Atom- oder lonenbindung zur metallischen Bindung Zusammenfassung: Die chemische Bindung 10.1 Chemische Bindungstypen Chemische Verbindungstypen Die kovalenten oder Molekülverbindungen 172 6

5 Die lonenverbindungen oder Salze Die Festkörperverbindungen Physikalische Stoffklassen Salze Flüchtige Stoffe (Molekülverbindungen) Metallische Stoffe (Metalle und Legierungen) Diamantartige Stoffe Hochmolekulare Stoffe Die Gittertypen Ionengitter Molekülgitter Atomgitter Metallgitter 178 Lösungen 180 Tabellen 217 Register 222 Teil 2 (Kapitel 11-17) 11 Lösungen 11.1 Der LösungsVorgang Das Wasser als Lösungsmittel Das Auflösen eines Salzes in Wasser Das Mischen von unpolaren Stoffen Die Aggregatzustände 12.1 Der feste Aggregatzustand Der flüssige Aggregatzustand Der gasförmige Zustand Die Eigenschaften der Lösungen 13.1 Die Osmose Die Dampfdruckerniedrigung Die Siedepunktserhöhung und die Gefrierpunktserniedrigung Siedepunktserhöhung Gefrierpunktserniedrigung Formelmassenbestimmung Elektrolyte Weitere stöchiometrische Berechnungen 14.1 Die Berechnung der Formelmasse und des Mols Die Formelmasse 24 7

6 Das Mol Die Berechnung der prozentualen Zusammensetzung einer Verbindung Die Berechnung einer Formel aus gegebenen Prozentzahlen Die Molarität Allgemeine stöchiometrische Berechnungen Thermochemie 15.1 Die Wärmetönung oder Reaktionswärme Die Bildungswärme Die Bindungsenergie (einer Atombindung) Der Wärmesatz von Hess Der Verlauf chemischer Reaktionen 16.1 Die Triebkräfte chemischer Reaktionen Die Reaktionsgeschwindigkeit Die Reaktionsmechanismen Radikalreaktionen lonenreaktionen Der aktivierte Übergangszustand Chemische Gleichgewichtsvorgänge Der Gleichgewichtszustand Die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf Gleichgewichtsvorgänge Die Verschiebung des Gleichgewichtes Der Einfluß der Temperatur Der Einfluß der Konzentration Der Einfluß des Druckes Das Prinzip von Le Chatelier (Prinzip vom kleinsten Zwang) Die Katalysatoren Chemische Reaktionstypen 17.1 Redoxreaktionen Oxidationszahlen Die Elektronenübertragungsreaktionen Die Definition von Oxidation und Reduktion Das Oxidations- und Reduktionsmittel Redoxgleichgewichte Die Redoxreihe Die Formulierung einer Redoxreaktion Die Formulierung der stöchiometrisch richtig gestellten Redoxreaktion Die Ableitung der Redoxgleichung mit Hilfe der Redoxreihe Die Lage eines Redoxgleichgewichtes Elektrochemie Die elektrolytische Leitfähigkeit Die Ionenwanderung Die Elektrolyse Die an den Elektroden stattfindenden chemischen Reaktionen 80

7 Die Elektrolyse einer Salzschmelze Die Elektrolyse einer wäßrigen Lösung Das Faraday-Gesetz Galvanische Elemente Säure-Base- oder Protolysenreaktionen Die Autoprotolyse Die Säure-Base-Definitionen nach Brönsted Das Protolysengleichgewicht Die Säurestärke 100 ' Strukturelle Merkmale einer Säure und Base 100! Die Säurekonstante Der Zusammenhang zwischen Säurestärke und Struktur Binäre Säuren Sauerstoffsäuren Die Säuretypen Basenstärke Die Säure-Base-Reihe 108 " Das ph (der negative Logarithmus der H Konzentration) 108 ' ph-berechnungen 110 ' ph-berechnungen bei starken Säuren ph-berechnungen bei gut löslichen Hydroxiden ph-berechnungen bei schwachen Säuren und Basen Spezielle Säure-Base-Reaktionen Reaktionen zwischen einer Säure und einem Metallhydroxid: Neutralisation Reaktion zwischen einem Metalloxid und einer Säure Reaktion zwischen einem Salz und einer Säure Indikatoren Saure und basische Reaktion von Salzen in Wasser Basische Reaktion 120 * Saure Reaktion Puffer Puffer, die aus einem konjugierten Säure-Base-Paar bestehen Ampholyt als Puffer Titrationen Änderungen der koordinativen Verhältnisse 130 * Fällungsreaktionen Die Löslichkeit 130 ' Fällungsreaktionen 130 ' Nachweisreaktionen Das Löslichkeitsprodukt 134 ' Komplexbildungs- und Komplexzerfallsreaktionen 138 ' Die Benennung der Metallkomplexionen Ligandenaustauschreaktionen 142 ' 17.5 Das Auflösen eines schwer löslichen Salzes Mit einer starken Säure 144 \ Durch eine Komplexbildung Lösungen 146 Tabellen 187 ' Register 191 9