Grundlagen Chemie. Dipl.-Lab. Chem. Stephan Klotz. Freiwill ige Feuerwehr Rosenheim

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1 Grundlagen Dipl.-Lab. Chem. Stephan Klotz Freiwill ige Feuerwehr Rosenheim

2 Einführung Lernziele Einfache chemische Vorgänge, die Bedeutung für die Feuerwehrpraxis haben, erklären. Chemische Grundlagen für Themen wie Verbrennungslehre, Strahlenschutz, Wärmelehre, etc.

3 Einführung Aufbau 1. Einführung 2. Atombau 3. Elemente 4. Säuren und Basen

4 Einführung Was ist? ist die Lehre von Stoffänderungen. Sie befasst sich mit der Charakterisierung, Zusammensetzung und Umwandlung von Materie. Abgrenzung zur Physik: Physik ist die Lehre der Zustandsänderungen von Stoffen

5 Atombau Atome und Moleküle Atom Kleinstes unabhängig existierendes Teilchen, das bei der chemischen Spaltung von Materie erreicht werden kann Molekül Kleines Teilchen, aus dem eine Substanz mit allen ihren Stoffeigenschaften aufgebaut ist (aus Atomen zusammengesetzt)

6 Atombau Beispiele: Molekül Atom

7 Atombau Das Bohr sche Atommodell Elementarteilchen: Elektronen (negative Ladung) Protonen (positive Ladung) Neutronen (neutral) Schalenaufbau 2n 2 Elektronen pro Schale (n= 1,2,...,7)

8 Atombau Die Elemente Kern (Proton) Neutron Elektron Wasserstoff (H) Helium (He) Lithium (Li)

9 Atombau Rumpfelektronen Außenelektronen (Valenzelektronen) Kern (Protonen + Neutronen) f. Al: 13 Protonen, 14 Neutronen) Aluminium (Al) Für die eines Stoffes ist nur die Anzahl der Außenelektronen entscheidend!

10 Elemente Elementsystematik Massenzahl 27 Al Kurzzeichen Elementname Aluminium 13 Ordnungszahl Massenzahl: Anzahl Neutronen + Protonen Ordnungszahl: Anzahl der Protonen Kurzzeichen: Abkürzung für das Element

11 Elemente Das Periodensystem der Elemente Anordnung der Elemente nach bestimmten Kriterien: 1. Nach steigender Protonenzahl (Ordnungszahl) 2. Nach Anzahl der Elektronenschalen (Periode) 3. Anzahl der Elektronen auf der äußersten Schale

12 Elemente Alkalimetalle Erdalkalimetalle Halogene Edelgase 2. Periode 8. Hauptgruppe

13 Elemente 1. Metalle Elementgruppen 82 Elemente gute Leiter für Elektrizität u. Wärme hohe Schmelzpunkte Leichtmetalle (δ<5g/cm 3 ): Al, Mg, Na, Ca, K Schwermetalle (δ>5g/cm 3 ): Fe, Cu, Zn, Sn, Pb Edelmetalle: chemisch sehr beständig (Au, Ag, Pt) Legierung: Festes Metallgemisch aus zwei oder mehr Metallen; Bronze (Cu-Sn), Messing (Cu-Zn)

14 Elemente 2. Nichtmetalle 22 Elemente keine der für Metalle charakteristischen Eigenschaften Bsp.: N, S, P, Halogene, Edelgase 3. Halbmetalle Übergang zwischen Metallen und Nichtmetallen Reagieren je nach äußeren Bedingungen als Metall oder Nichtmetall Bsp.: B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te

15 Elemente Eigenschaften ausgewählter Elemente 1. Wasserstoff (H) Häufigstes Element im Kosmos liegt als H 2 -Molekül vor Farbloses, geruchsloses, sehr leichtes Gas großes Diffusionsvermögen verbrennt mit sehr heißer, bläulicher Flamme In Verbindung mit O 2 Temperaturen bis 3000 C (Knallgasgebläse)

16 Elemente 2. Sauerstoff (O) Häufigstes Element der Erdkruste Essentiell für Leben auf der Erde techn. Darstellung durch Luftverflüssigung farb-, geruchs- u. geschmacksloses Gas liegt als O 2 -Molekül vor notwendig für alle Verbrennungsvorgänge

17 Elemente 3. Kohlenstoff (C) 2 Erscheinungsformen: Graphit u. Diamant C ist Baustein der organischen 4. Stickstoff (N) Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft N 2 ist chemisch sehr stabil Darstellung aus flüssiger Luft wichtigste Verbindung: Ammoniak (NH 3 )

18 Elemente 5. Chlor (Cl) gelb-grünes stechend riechendes Gas stark giftig sehr reaktionsfähig Cl ist das Schlüsselprodukt der chem. Industrie 6. Natrium (Na) weiches Metall sehr reaktiv (mit H 2 O H 2 -Bildung)

19 Chemische Bindung Natrium (Na) Alkalimetall sehr reaktiv metallisch leitet Strom leicht verformbar Smp. 97 C Chlor (Cl) Halogen sehr reaktiv gelbgrün hochgiftig gasförmig Natriumchlorid (NaCl) Salz weiß spröde Isolator Smp. ~1000 C Essentiell für den Menschen

20 Chemische Reaktionen Die chemische Reaktion A H + B C Edukte Energiebetrag Produkt z. B.: Na + Cl NaCl H <0: Energiefreisetzung (exotherme Reaktion) H >0: Energieaufnahme (endotherme Reaktion) A Synthese + B C Analyse

21 Chemische Reaktionen Die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen hängt ab von: 1. Temperatur 2. Druck 3. Oberfläche der reagierenden Stoffe 4. Konzentration 5. Eigenschaften der beteiligten Stoffe 6. evtl. Katalysator (beschleunigt eine chem. Reaktion ohne sich dabei selbst zu verändern)

22 Säuren und Basen Säuren Säuren sind chem. Verbindungen mit folgenden Eigenschaften: 1. sie schmecken sauer 2. sie färben Lackmus rot 3. sie enthalten Wasserstoff-Kationen (H + ) und können diese abgeben HCl H + + Cl - H + + H 2 O H 3 O + Mg + HCl MgCl 2 + H 2 sauer

23 Säuren und Basen Wichtige Säuren HCl (Salzsäure) HF (Flourwasserstoffsäure; Flußsäure) H 2 SO 4 (Schwefelsäure) H 2 CO 3 (Kohlensäure) HNO 3 (Salpetersäure) HCN (Blausäure) HCOOH (Ameisensäure) CH 3 COOH (Essigsäure)

24 Säuren und Basen Basen Basen sind chem. Verbindungen mit folgenden Eigenschaften: 1. sie schmecken seifenartig (Laugen) 2. sie färben Lackmus blau 3. sie enthalten Hydroxid-Ionen (OH - ) und können diese abgeben Na 2 O + H 2 O 2 NaOH Na + + OH - OH - + H 2 O H 2 O + OH - basisch

25 Säuren und Basen Wichtige Basen NaOH (Natriumhydroxid; Natronlauge) KOH (Kaliumhydroxid; Kalilauge) NH 4 OH (Ammoniumhydroxid; Salmiakgeist) (NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - ) Ca(OH) 2 (Calciumhydroxid, gelöschter Kalk)

26 Säuren und Basen Säure oder Base? Indikatoren sind Stoffe, die durch auffallende Erscheinungen (z.b. Farbumschlag) chemische Vorgänge anzeigen können z.b.: Lackmus Säure Base

27 Säuren und Basen Die Säurestärke Ein Maß für die Konzenttration einer Säure ist der ph-wert ph = 1 sauer ph = 7 neutral ph = 14 basisch Der ph-wert entspricht der Konzentration der H 3 O + -Kationen

28 Säuren und Basen Die Neutralisation Säure und Base neutralisieren sich gegenseitig HCl + NaOH NaCl + H 2 O + E Energie goldene Regel : Tust Du Wasser in die Säure, dann passiert das Ungeheure!

29 Abschluss Wer nichts als versteht, versteht auch die nicht recht. Georg Christoph Lichtenberg