Physik oder Chemie? Teilchen. A nderungen von Aggregatzusta nden. Aggregatzusta nde

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1 Grundwissen Chemie: NTG 8 1/33 Physik oder Chemie? Erkläre den Unterschied zwischen physikalischen Vorgängen und chemischen Reaktionen. Grundwissen Chemie: NTG 8 2/33 Teilchen Beschreibe die Teilchen, aus denen Stoffe grundsätzlich bestehen können. Bei physikalischen Vorgängen bleibt der Stoff bestehen, es ändert sich nur sein Aggregatzustand. Bei chemischen Reaktionen werden unter Energieumsatz Teilchen umgruppiert. Dabei entstehen andere Stoffe mit neuen Eigenschaften. Atom: ungeladenes, kleinstes Teilchen eines Elementes (z.b. Wasserstoffatom) Molekül: mehrere verbundene Atome (z.b. H 2 O, CO 2 ) Ion: elektrisch geladenes Teilchen Kation Anion Ladung positiv negativ Atom-Ionen Na +, Ca 2+ Cl -, O Molekül-Ionen H 3 O + +, NH 4 OH - -, NO 3 Grundwissen Chemie: NTG 8 3/33 Aggregatzusta nde Benenne die einzelnen Aggregatzustände und beschreibe sie mit Hilfe des Teilchenmodells. Grundwissen Chemie: NTG 8 4/33 A nderungen von Aggregatzusta nden Benenne die Übergänge zwischen den einzelnen Aggregatzuständen. Feststoff Flüssigkeit Gas Die Teilchen sind auf festen Gitterplätzen sind dicht gepackt bewegen sich aneinander vorbei haben geringen Abstand sind frei beweglich haben großen Abstand fest (s) (solid) sublimieren resublimieren gasförmig (g) (gaseous) schmelzen erstarren verdunsten, verdampfen kondensieren flüssig (l) (liquid)

2 Grundwissen Chemie: NTG 8 5/33 Gemische Erläutere den Begriff Gemisch. Grundwissen Chemie: NTG 8 6/33 Reinstoffe Erläutere den Begriff Reinstoff. Gemische enthalten mehrere Stoffe, die sich mit physikalischen Methoden (z. B. Destillation, Zentrifugation) trennen lassen. unterscheiden sich je nach Zusammensetzung in ihren Eigenschaften. unterteilt man in heterogene G. homogene G. mehrere Phasen eine Phase z.b. Emulsion z.b. Lösung Reinstoffe bestehen aus nur einer Stoffart und sind daher physikalisch nicht weiter trennbar. haben bei gleichen Bedingungen konstante Kenneigenschaften (z.b. Siedepunkt, Dichte). unterteilt man in Verbindungen Elemente mehrere Atomsorten nur eine Atomsorte z.b. H 2 O, NaCl z.b. Al, He, Cl 2, O 3 Grundwissen Chemie: NTG 8 7/33 Zweiatomige Elemente Zähle zweiatomige Elemente auf. Grundwissen Chemie: NTG 8 8/33 Reaktionstypen Erläutere die drei Grundtypen chemischer Reaktionen. H 2, N 2, O 2 Elemente der 7. Hauptgruppe: F 2, Cl 2, Br 2, I 2 Eselsbrücke: Der HNO-Arzt wohnt im 7. Stock Synthese: A + B AB Teilchen mehrerer Edukte lagern sich zu einem Produkt zusammen (z.b. Knallgasprobe). Analyse: AB A + B Teilchen eines Eduktes trennen sich zu mehreren Produkten (z.b. Elektrolyse von Wasser). Umsetzung: AB + C A + BC Teilchenumlagerung von mehreren Edukten zu mehreren Produkten (z.b. Fotosynthese)

3 Grundwissen Chemie: NTG 8 9/33 Nachweisreaktionen Nenne und beschreibe die Nachweisreaktionen für Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Grundwissen Chemie: NTG 8 10/33 Chemische Formel Benenne die einzelnen Bestandteile einer chemischen Formel und erläutere, welche Informationen man dem angegebenen Beispiel entnehmen kann: 3 H 2 O (s) Wasserstoff Nachweis: Knallgasprobe RG mit zu prüfenden Gas wird über eine Kerzenflamme gehalten: pfeiffende Verbrennung Sauerstoff Nachweis: Glimmspanprobe Glimmender Holzspan wird in RG mit zu prüfenden Gas gehalten: Aufflammen Kohlenstoffdioxid - Nachweis mit Kalkwasser Zu prüfendes Gas wird in Kalkwasser geleitet: Trübung durch weißen Kalkniederschlag Elementsymbole H, O : Es liegt eine Verbindung der Nichtmetalle Wasserstoff und Sauerstoff vor. Index 2 : Ein Molekül besteht aus zwei H-Atomen und einem O-Atom. Es handelt sich also um Wasser. Koeffizient 3 : Es liegen drei Wassermoleküle vor. Aggregatzustand (s) : Das Wasser ist fest/gefroren. Grundwissen Chemie: NTG 8 11/33 Verbindungstypen Erläutere den Unterschied zwischen Molekülformel und Verhältnisformel. Grundwissen Chemie: NTG 8 12/33 Wertigkeit Erläutere die Bedeutung der Wertigkeit bei Verhältnisformeln und Molekülformeln. Nichtmetall - Nichtmetall - Verbindungen bilden einzelne Moleküle mit einer konkreten Anzahl von Atomen, die in Molekülformeln dargestellt werden (z.b. H 2 O, NH 3, CCl 4 ). Metall - Nichtmetall - Verbindungen bilden Ionenverbände (Salze) im konstanten Zahlenverhältnis, die in Verhältnisformeln dargestellt werden (z.b. PbS, NaCl, Cu 2 S, Al 2 O 3 ). Mit der Wertigkeit lassen sich die Indexzahlen chemischer Formeln ermitteln. Unterscheide: Ionenwertigkeit = Ladung der Ionen Al 3+ ist dreiwertig, O ist zweiwertig: Al 2 O 3 stöchiometrische Wertigkeit Anzahl der Elektronen, die einem Atom zur Edelgaskonfiguration fehlen N ist dreiwertig, H ist einwertig: NH 3

4 Grundwissen Chemie: NTG 8 13/33 Benennung von Moleku len Nach welchem Prinzip werden Moleküle aus zwei Elementen benannt? Grundwissen Chemie: NTG 8 14/33 Benennung von Salzen Nach welchem Prinzip werden Salze benannt? Bsp.: NaBr, MnO 2, Al 2 O 3 Bsp.: CS 2, N 2 O 5 Molekülname: Name (1. Element ) + Stammname + id griechische Zahlwörter verraten die Atomzahl: mono, di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, okta, nona, deka, Salzname: Name Kation (Wertigkeit) + Name Anion Natriumbromid Mangan(IV)-oxid Aluminium(III)-oxid Bsp.: Kohlenstoffdisulfid, Distickstoffpentaoxid Grundwissen Chemie: NTG 8 15/33 Wichtige Ionen Benenne folgende Ionen: + 1 NH 4 7 SO 4 13 F - 19 CO 3 2 H - 8 SO 3 14 Cl HCO 3 3 OH - 9 S 2 O 3 15 I - 21 C NO 3 10 S 16 Br SiO 4-5 NO PO 4 17 ClO MnO 4 6 N 3-12 P 3-18 O 24 CrO 4 Grundwissen Chemie: NTG 8 16/33 Reaktionsgleichung erstellen Erläutere die Einzelschritte zum Erstellen einer Reaktionsgleichung am Beispiel der vollständigen Verbrennung von Glucose. 1 Ammonium 7 Sulfat 13 Fluorid 19 Carbonat 2 Hydrid 8 Sulfit 14 Chlorid 20 Hydrogencarbonat 3 Hydroxid 9 Thiosulfat 15 Iodid 21 Carbid 4 Nitrat 10 Sulfid 16 Bromid 22 Silicat 23 5 Nitrit 11 Phosphat 17 Hypochlorit Permanganat 6 Nitrid 12 Phosphid 18 Oxid 24 Chromat 1. Edukte und Produkte anschreiben Glucose + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid + Wasser 2. chemische Formeln erstellen C 6 H 12 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 3. Stoffausgleich durch Koeffizienten C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O

5 Grundwissen Chemie: NTG 8 17/33 Verbrennungsreaktionen Erläutere die drei Typen von Verbrennungsreaktionen. Grundwissen Chemie: NTG 8 18/33 Aktivierungsenergie, Innere Energie Erläutere die Begriffe Aktivierungsenergie und Innere Energie Eine Verbrennung ist eine Reaktion mit Sauerstoff. Dabei entstehen Sauerstoffverbindungen (Oxide). Man unterscheidet: stille Verbrennung: langsam, ohne Flammen Verbrennung: schnell, mit Flammen Explosion: sehr schnell, mit Knall und Flammen Die Aktivierungsenergie E A ist die Energie, die zum Starten einer Reaktion aufgewendet werden muss (z. B. zum Lockern von Bindungen). Die Innere Energie E i ist die Summer aller Energiearten in einem System. Ändert sich ihr Betrag bei einer chemischen Reaktion, so gilt: E i = E i (Produkte) - E i (Edukte) 0 Grundwissen Chemie: NTG 8 19/33 exotherme Reaktion Erläutere den Begriff exotherme Reaktion unter Verwendung eines beschrifteten Energiediagramms. Grundwissen Chemie: NTG 8 20/33 endotherme Reaktion Erläutere den Begriff endotherme Reaktion unter Verwendung eines beschrifteten Energiediagramms. Bei einer exothermen Reaktion wird Energie frei: innere Energie E 1 Übergangszustand: instabil Eine endotherme Reaktion nimmt Energie auf: innere Energie E 1 Übergangszustand: instabil E(E) i 2 H 2 + O2 Edukte: metastabil E A E(P) i E A 2 H 2 + O2 Produkte: metastabil i < 0 i > 0 E(P) i 2 H 2 O Produkt(e): stabil E(E) i 2 H 2 O Edukt(e): stabil Reaktionszeit t Reaktionszeit t

6 Grundwissen Chemie: NTG 8 21/33 Katalysator Erläutere den Begriff Katalysator. Grundwissen Chemie: NTG 8 22/33 Reaktionsgeschwindigkeit Erläutere Möglichkeiten zur Beschleunigung chemischer Reaktionen. Ein Katalysator verringert die Aktivierungsenergie E A beschleunigt die Reaktion lässt die Reaktionsenergie E i konstant liegt nach der Reaktion unverändert vor. Bsp.: Braunstein, Platin, Enzyme Die Reaktionsgeschwindigkeit ist umso größer, je häufiger die Eduktteilchen wirkungsvoll zusammen stoßen. Sie steigt also mit der Stoffkonzentration (Teilchenzahl) mit der Temperatur (Teilchengeschwindigkeit) mit der Oberflächengröße (häufigerer Teilchenkontakt) bei gezieltem Teilchenkontakt (Katalysator) Grundwissen Chemie: NTG 8 23/33 Atombau Beschreibe die atomaren Grundbausteine. Grundwissen Chemie: NTG 8 24/33 Symbolschreibweise der Elemente Erläutere die allgemeine Symbolschreibweise für Elemente am Beispiel eines Fluorid-Ions: A 19 E z F - Z 9 Ort Elementarteilchen Ladung m a /u Hülle Elektron e Kern Proton p Kern Neutron n 0 1 Elementsymbol E (Abkürzung laut PSE) F = Fluor Massenzahl A (Gesamtmasse des Teilchens): Anzahl (p + + n) = 19 Kernladungszahl Z (Ordnungszahl im PSE): Anzahl (Protonen) = 9 Ladungszahl z (Ladung des Teilchens): Anzahl (p + - e - ) = -1

7 Grundwissen Chemie: NTG 8 25/33 Element und Isotop Erkläre die Begriffe Element und Isotop. Grundwissen Chemie: NTG 8 26/33 Atommodell nach Bohr Erläutere das Schalen- oder Energiestufenmodell nach Niels Bohr. Alle Atome mit der gleichen Protonenzahl Z zählt man zu einem Element. Atome des gleichen Elements, die sich in ihrer Neutronenzahl und damit Massenzahl A unterscheiden, nennt man Isotope. Sie zeigen das gleiche chemische Verhalten und stehen im Periodensystem am gleichen Ort (gr. isos topos). z.b C und 14 6 C sind Kohlenstoffisotope. Das Atom besteht aus einem positiv geladenen Atomkern (Protonen und Neutronen) und einer negativ geladenen Hülle (Elektronen). Die Elektronen können sich nur auf bestimmten Schalen bzw. Energiestufen (n = 1, 2, ) aufhalten. Die n-te Energiestufe kann maximal 2 n 2 Elektronen aufnehmen. Grundwissen Chemie: NTG 8 27/33 Edelgaskonfiguration Erläutere den Begriff Edelgaskonfiguration. Grundwissen Chemie: NTG 8 28/33 Ionisierungsenergie und Elektronenaffinita t Erläutere die Begriffe Ionisierungsenergie und Elektronenaffinität. Ist die Valenzschale eines Atoms voll besetzt, so ist es besonders reaktionsträge (vgl. Edelgase): 1. Periode: Elektronenduplett ab 2. Periode: Elektronenoktett Atome können diesen Edelgaszustand erreichen, indem sie Elektronen aufnehmen oder abgeben: Metalle Nichtmetalle z.b. Mg Mg e - z.b. Cl + e - Cl - Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die zur vollständigen Abtrennung eines Elektrons aus der Atomhülle benötigt wird. Die Elektronenaffinität ist die Energie, die frei wird (oder aufgewendet werden muss) um ein Elektron in die Valenzschale aufzunehmen. Trend im PSE

8 Grundwissen Chemie: NTG 8 29/33 Chemische Bindungen im Vergleich Vergleiche die drei chemischen Bindungstypen. Grundwissen Chemie: NTG 8 30/33 Salze Charakterisiere die Ionenbindung und leite daraus typische Salzeigenschaften ab. Stoffart Bindungspartner Bindungskräfte Salze Metall-Kation / Ionenbindung Nichtmetall-Anion Moleküle Nichtmetall / Atombindung Nichtmetall Metalle Metall / Metall Metallbindung Salze sind Verbindungen aus Metall-Kationen und Nichtmetall-Anionen, die sich gegenseitig elektrostatisch anziehen. Dadurch besetzen sie feste Plätze im Ionengitter: typische Salzeigenschaften: hohe Schmelz- und Siedepunkte spröde Schmelze/Lösung elektrisch leitfähig kristallin elektrisch isolierend Grundwissen Chemie: NTGG 8 Metalle 31/33 Grundwissen Chemie: NTG 8 32/33 Moleku le Charakterisiere die Metallbindung und leite daraus typische Metalleigenschaften ab. Charakterisiere die Elektronenpaarbindung (= kovalente Bindung, Atombindung). Im Metallgitter werden positiv geladene Metallatomrümpfe durch delokalisierte Elektronen zusammengehalten. typische Metalleigenschaften: hohe Schmelz- und Siedepunkte Leitfähigkeit für die Wärme und Elektrizität (sinkt bei Temperaturerhöhung) Verformbarkeit hohe Dichte In Molekülen werden zwei Nichtmetall-Atome durch gemeinsam beanspruchte Elektronen zwischen den Atomen zusammen gehalten. Durch diese gemeinsamen, bindenden Elektronenpaare wird die Edelgaskonfiguration erreicht. Lewis-Formel (= Valenzstrichformel):

9 Grundwissen Chemie: NTG 8 33/33 Valenzstrichformeln ermitteln Erkläre das Aufstellen einer Valenzstrichformel am Beispiel Ammoniak NH 3. Summe der vorhandenen Valenzelektronen (VE) ermitteln: 5 (N) + 1 (H) + 1 (H) + 1 (H) = 8 Summe der für die Edelgaskonfiguration notwendigen VE ermitteln: 8 (N) + 2 (H) + 2 (H) + 2 (H) = 14 Summe der fehlenden VE ermitteln: 14-8 = 6 3 bindende Elektronenpaare