Chemie. Elemente Elemente sind Stoffe, die nur aus einer Sorte von Atomen bestehen. 1. Metalle ; 2. Nichtmetalle ; 3. Halbmetalle

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1 Chemie 1. Wiederholung Elemente Elemente sind Stoffe, die nur aus einer Sorte von Atomen bestehen. 1. Metalle ; 2. Nichtmetalle ; 3. Halbmetalle Moleküle Moleküle sind zwei oder mehr Atome zusammen verbunden. Atome rund ; können weder vernichtet noch erzeugt werden Atome eines Elements: gleiche Gröβe, Gestalt & Masse bei chem. Reaktionen: Atome bleiben unverändert, werden einfach neu angeordnet jedes Atom: ein anderes Spektrum 2. Isotope: Massenzahlen und Ordnungszahlen Isotope sind Elemente mit der gleichen Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl. Ordnungszahl: Anzahl der Protonen Z = n protonen Massenzahl: Masse des Kerns A = n protone +n neutronen Massenzahl auf PSE ist durchschnittlicher Wert manchmal + manchmal Neutronen 3. Verschiedene Atommodelle Thomson sches Atommodell hat Atom gefunden und herausgefunden, dass sie elektrisch geladen sind dachte: positive Masse mit negativ geladene Elektronen (Ausgleich zwischen + und - ) Rosinenkuchen Modell Rutherford sches Atommodell das Kern-Hülle Modell: positiv geladener Kern von einer negativ geladenen Hülle umkreist (Elektronen kreisen um den Kern herum auf Kreisbahnen und stellen den negativ geladenen Teil des Atoms dar) Problem Gesetz der Mechanik: ohne Energie würden Elektronen auf Kern kommen Experiment Streuversuch: o es gibt: 1. sehr dünne Goldfolie & 2. Radium (radioaktive Atome) befreit positiv geladene Teilchen von Helium = α-teilchen o Folie wird mit α-teilchen beschossen : wie verteilen sich diese auf einem Filmstreifen hinter der Folie? meisten α-teilchen: sind geradlinig durch Folie durchgeflogen &

2 einige α-teilchen: wurden abgelenkt und landeten an ganz anderer Stelle auf der Goldfolie o Erklärung: α-teilchen werden bei nahem Vorbeiflug abgelenkt & landen an anderen Stellen der GF manchmal: α-teilchen werden reflektiert & fliegen in ganz andere Richtung weiter herausgefunden: Kern im Gegensatz zu Elektronen ist groβ, zu Atom ist winzig Bohr sches Modell Schalenmodell: umher des Kernes gibt es Schalen mit Elektronen, die Schale wechseln können wenn sie Schale wechseln, wird Energie freigesetzt in Form von Licht letzte Schale können sich nicht mehr angezogen fühlen und verlassen das Atom, werden ein Ion Bestandteile eines Atoms in der Hülle Elektron, - geladen im Kern Proton, + geladen Neutron, keine Ladung m neutron = m proton m proton = 1000*m elektron 4. Das Schalenmodell Die Elektronen bewegen sich auf Schalen, die um den Kern angeordnet sind. Jede Schale kann maximal 2n 2 Elektronen aufnehmen. K-Schale ist die erste und kleinste Schale, die am nähsten zum Kern ist. K-Schale: 2 * 1 2 = 2e - L-Schale: 2 * 2 2 = 8e - M-Schale: 2 * 3 2 = 18e - Die Elektronen werden in die Schalen gefüllt bis sie maximal besetzt sind. Die äuβerste Schale (= Vallenzschale) darf aber immer nur maximal 8 Elektronen (=Vallenzelektronen) erhalten. Das PSE im Zusammenhang mit dem Schalenmodell senkrecht: Gruppe gleiche Anzahl von Vallenzelektronen waagerecht: Periode gleiche Anzahl von Schalen 5. Alkalimetalle: Elemente der 1. Hauptgruppe Sicherheitsmaβen Alkalimetalle reagieren mit O 2 und H 2 Odampf in der Luft. Die Reaktivität der Alkalimetalle steigt mit steigender Ordnungszahl. Caesium hat eine höhere Ordnungszahl als Natrium, deswegen reagiert er heftiger mit O 2 und H 2 O als Natrium. Deshalb muss Natrium in Paraffinöl aufbewahrt werden und Caesium in Glasampullen.

3 Wasserstoff: gerechtfertigt? Elemente in der gleichen Gruppe müssen die gleiche Anzahl von Vallenzelektronen besitzen.wasserstoff aus der Gruppe der Alkalimetalle besitzt genau ein Vallenelektron wie die anderen Elemente der Gruppe auch. Deshalb ist es gerechtfertigt, Wasserstoff in dieser Gruppe einzuordnen, obwohl es andere Eigenschaften aufweist. Reaktiviät der Alkalimetalle mit Wasser nimmt von oben nach unten zu 2 Li (s) + 2 H 2 O (l) 2 LiOH (=Lithiumhydroxid) (aq) + H 2 (g) 2 Na (s) + 2 H 2 O (l) 2 NaOH (aq) + H 2 (g) 2 K (s) + 2 H 2 O (l) 2 KOH (aq) + H 2 Edelgaszustand Edelgaszustand wird erreicht, wenn die Vallenzschale eines Atoms voll ist (d.h. mit 8 Vallenzelektronen). Dafür müssen die Elemente (auβer die Edelgase) ihre Vallenzschale entweder füllen oder entleeren. Somit werden sie Ionen, d.h. ein Atom mit Ladung. Wenn sie die Vallenzelektronen abgeben, bleiben sie mit mehr Protonen, d.h. mit positiver Ladung sie werden Kationen. Wenn sie Vallenzelektronen aufnehmen, bleiben sie mit mehr Elektronen, d.h. mit negativer Ladung sie werden Anionen. Bei den Alkalimetallen, die nur 1 Vallenzelektron haben, ist es sinnvoller, ihren Elektron abzugeben, d.h. sie werden Kationen. Um diesen Vallenzelektron wegzuschicken muss man die Anziehungskraft verringern, überwinden. Dafür muss man dem Atom Energie geben. Ionisierungsenergie: Betrag von Energie, der einem Atom zugeführt werden muss, damit ein Elektron die Anziehungskraft des Kerns überwinden kann. Wieso ist dieses Ion kleiner als das Atom? Das Elektron wird abgegeben, und nun gibt es mehr Protonen, d.h. die Anziehungskraft zu den anderen Elektronen ist gröβer. Deswegen werden die Elektronen dichter nebeneinander und der Ion ist kleiner. Reaktivität der Alkalimetalle Die Reaktivität der Alkalimetalle steigt mit steigenden Ordnungszahl. Je mehr volle Schalen ein Atom besitzt, desto geringer ist die Anziehungskraft des Kerns auf das Vallenzelektron und somit ist es leichter es zu entfernen. Deswegen steigt die Reaktivität mit der Ordnungszahl. 6. Halogene: Elemente der 7. Hauptgruppe Eigenschaften kommen in der Natur als Verbindung vor, d.h. als zweiatömige Moleküle reagieren mit Metallen zu Salzen sind Nicht-Metalle

4 besitzen sieben Vallenzelektronen können Elektron aufnehmen da nicht stabil (weil nicht im Edelgaszustand), sind reaktionsfreudig Reaktivität Diese Atome wollen den Edelgaszustand erreichen, doch ihnen fehlt ein Elektron. Sie nehmen also einen auf, füllen die Vallenzschale und werden so ein Anion. Um dieses Elektron zu kriegen, muss man die Anziehungskraft erhöhen. Beim Einbau eines Elektrons in der Atomhülle wird Energie freigesetzt. Elektronenaffinität: Fähigkeit eines Atoms, Elektronen zu gewinnen / Energie, die bei der Aufnahme eines Elektrons umgesetzt wird Die Reaktivität der Halogene nimmt ab mit steigender Ordnungszahl. Je äuβerer die Schale, desto höher muss die Anziehungskraft sein, um einen Elektron aufzunehmen und somit ein Ion zu werden. Deswegen je weniger Schalen, desto weniger Anziehungskraft braucht man und desto einfacher kann ein Elektron aufgenommen werden. Somit sind die Elemente mit weniger Schalen reaktionsfreudiger. Halogene Salzbildner Die Reaktionsprodukte aus Metallen und Halogenen, die Metallhalogenide, sind feste Stoffe mit meist hohen Schmelztemperaturen, viele lösen sich gut in Wasser. Die Ähnlichkeit der Eigenschaften dieser Stoffe mit denen des Salzes führte zum Oberbegriff Salze Salzbildner. Nachweis von Halogeniden Wir haben... und mischen es mit Silbernitratlösung = AgNO 3. o Natriumchlorid = NaCl weiβer Niederschlag (trüb) : schwer löslich, bleibt suspendiert o Kaliumbromid = KBr weiβer Niederschlag (weniger trüb): sinkt schneller als beim NaCl o Kaliumiodid = KI gelber Niederschlag o Chlorwasser = Cl 2 weiβer Niederschlag (noch trüber) allgemeine Reaktionsgleichung für den Nachweis von Halogeniden o Metallhalogenid (aq) + Silbernitrat (aq) Silberhalogenid ( nach unten : Niederschlag) (schwer löslich) + Metallnitrat (aq) (gut löslich) o NaCl (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl ( ) + NaNO 3 (aq) o KBr (aq) + AgNO 3 (aq) AgBr ( ) + K NO 3 (aq) o KI (aq) + AgNO 3 (aq) AgI ( ) + K NO 3 (aq) o Cl 2 (aq) + AgNO 3 (aq) ( ) + (aq) Nachweis der Reaktivität der Halogeniden Erstens hat man... und mischt es mit Chlorwasser = Cl 2 (aq). Danach mischt man die schon fertige Mischung mit Silbernitratlösung = AgNO 3 (aq). Es entsteht ein Niederschlag. o 2 NaCl (aq) + Cl 2 (aq) 2NaCl (aq) + Cl 2 (aq) NaCl (aq) + Cl 2 (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl ( ) + NaNO 3 (aq) + Cl 2

5 o 2 KBr (aq) + Cl 2 (aq) 2KCl (aq) + Br 2 (aq) KCl (aq) + Br 2 (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl ( ) + KNO 3 (aq) + Br 2 (aq) o 2 KI (aq) + Cl 2 (aq) 2KCl (aq) + I 2 (aq) KCl (aq) + I 2 (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl ( ) + KNO 3 (aq) + I 2 (aq) 7. Ionenverbindungen Synthese von NaCl Reaktion: Alkalimetalle und Halogene mit Flammen wird Natrium erhitzt (geht in die Gasphase) Chlormoleküle werden zugeführt: diese werden gespaltet = Dissoziation es gibt einen Elektronenübergang, Ionen werden gebildet = Ionisierung Atome ziehen sich nun an (einige sind positiv geladen, andere negativ), verbinden sich und bilden einen Gitter = Ionengitter Ionengitter: die regelmäßige räumliche Anordnung von Anionen und Kationen eines homogenen Stoffes im festen Zustand ist eine exotherme Reaktion (ohne den Flammen, also ohne der Aktivierungsenergie würde es auch gehen, nur wäre es langsamer) : Energiefreisetzung in Form von Licht und Wärme zu Beginn: Chloratom ist gröβer als Natriumatom am Ende: ist gröβer Energiebillanz (zu NaCl) Ausgangssituation : Na (s) + Cl 2 (g) 1) Sublimation von Na 2 Na (s) + Cl 2 (g) 2 Na (g) + Cl 2 (g) (Δ E = 109 kj) 2) Dissoziation von Chlor 2 Na (g) + Cl 2 (g) 2 Na (g) + 2 Cl (g) (Δ E = 121 kj) 3) Ionisierung von Natrium Na (g) + Cl (g) Na + + 1e - + Cl (g) (Δ E = 502 kj) 4) Chlor nimmt ein Elektron auf Na + + 1e - + Cl (g) Na + (g) + Cl - (g) (Δ E = -363 kj) 5) Bildung von NaCl Na + (g) + Cl - (g) NaCl (s) (Δ E = kj) Gesamtgleichung 2 Na (s) + Cl 2 (g) 2 NaCl (s) (Δ E = -411 kj) Energie, die freigegeben wurde

6 Gitterenergie Def.: Gitterenergie ist die Energie, die man braucht, um ein Mol eines Ionischen Stoffs herzustellen bzw. zu zerstören Die Gitterenergie hängt von der Ladung der Ionen ab. Je höher die Ladung, desto stärker sind die Anziehungskräfte zwischen den Ionen. Je höher die Anziehungskräfte zwischen den Ionen, desto mehr Energie wird benötigt, um das Gitter zu zerstören. Somit: Je höher die Ladung, desto höher ist die Gitterenergie. Je höher die Gitterenergie, desto höher ist die Schmelztemperatur des Stoffes. Die Gitterenergie hängt auch von der Ähnlichkeit der Gröβe der Ionen. Je ähnlicher die Gröβe der Ionen, desto weniger Abstöβu Eigenschaften der ionischen Stoffe hohe Siede- und Schmelztemperatur meisten sind gut wasserlöslich spröde (nicht verformbar) (im Gitter abwechselnd Kation und Anion, wenn mit Hammer drauf, dann Kation neben Kation Abstöβungskräfte) elektrisch leitfähig, wenn in Wasser gelöst & in flüssigem Zustand o Strom: geordnete Bewegung von Ladungen in einem geschlossenen Kreis o in Schmelze & Lösung: Ionen, d.h. die Ladung kann sich bewegen, das Gitter bricht ab o im festen Zustand: Ionen sind im Gitter geordnet, können sich also nicht bewegen und die Ladung nicht transportieren 8. Aufstellung von Reaktionsgleichungen Blatt (s) = solid = fest (l) = liquid = flüssig (g) = gas = gasförmig