ALLGEMEINE CHEMIE - GRUNDLAGEN

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Magdalena Blau
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1 ALLGEMEINE CHEMIE - GRUNDLAGEN Ziel der Vorlesung: Vermittlung des Wissens allgemeiner chemischen Grundlagen und Vorstellungen, die für alle Bereiche der Naturwissenschaften notwendig sind; Modellvorstellungen Inhaltsübersicht: Atombau Periodensystem Chemische Bindungsarten, Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen Aufbau fester Materie, Gittertheorie Die Elemente des Periodensystems und wichtige Verbindungsklassen (Hauptgruppen und Nebengruppen) Säuren und Basen Koordinationschemie Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 5

2 Naturwissenschaften: Frage nach dem Wesen, dem Aufbau und den Eigenschaften von Materie. Können Eigenschaften von Materie/Substanzen aufgrund des internen Aufbaus erklärt und verstanden werden und ausgehend von diesem Verständnis sinnvoll genutzt werden (z.b. zum gezielten Herstellen von Substanzen mit spezifischen Eigenschaften)? Grundlage jeden naturwissenschaftlichen Arbeitens ist das reproduzierbare Arbeiten (Beobachten, Messen) (Experiment) an a) natürlich ablaufenden Vorgängen b) künstlich/planmäßig hervorgerufenen Vorgängen Geschichtlich bedingte Unterteilung der Naturwissenschaften in Teildisziplinen: Physik Chemie Biologie... Chemie: Lehre von Stoffen und Stoffänderungen Physik: Lehre von Stoffzuständen (Eigenschaften) und Zustandsänderungen Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 6

3 Verflechtung von naturwissenschaftlichen Gebieten: Physik Mineralogie Biologie Geologie Pharmazie Medizin Klassische Unterteilung der Chemie: (Französischer Chemiker Lémery 1675) Mineralreich (Wasser, Luft, Metalle, Steine, Erze) unbelebte Natur Pflanzenreich (Zucker, Stärke, Öle, Pflanzenfarbstoffe ) Tierreich (Eiweißstoffe, Fette ) Berzelius vis vitalis Anorganische Chemie Organische Chemie Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 7

4 Anorganische Chemie Die anorganische Chemie beschäftigt sich mit den Verbindungen fast aller bekannten Elemente außer denen des Kohlenstoffs. Hauptgruppen des Periodensystems Nebengruppen des Periodensystems Historisch wichtig und der anorganischen Chemie zugerechnet: Chemie in wäßriger Lösung ( Praktikum) Organische Chemie Die organische Chemie beschäftigt sich mit den Verbindungen des Kohlenstoffs. Verbindungen mit mindestens einer C-H-Bindung Wichtige Klassen organischer Verbindungen Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 8

5 Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der modernen Chemie: Wöhler sche Harnstoffsynthese (1828) Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 9

6 Heutzutage existieren viele grenzübergreifende Spezialgebiete: Geochemie Biochemie Physiologische Chemie Analytische Chemie Technische Chemie Theoretische Chemie Wasserchemie Pharmazeutische Chemie Baustoffchemie Makromolekulare Chemie Bioanorganische Chemie Biophysikalische Chemie Lebensmittelchemie Abgrenzungen sind generell schwierig, da zwischen den Bereichen fließende Grenzen bestehen Gegenstand der Chemie stellt die Materie allgemein dar, d.h. auf der Erde und im Weltraum Im Weltall: Auf der Erde: 99,8 % im Plasma-Zustand Lithosphäre - fest 0,2 % fest, flüssig, gasförmig Hydrosphäre - flüssig Atmosphäre - gasförmig Biosphäre - lebend Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 10

7 Ein paar wichtige Begriffe Einteilung der Stoffe nach Hauptuntersuchungsmethoden: Analyse (Zerlegung der Stoffe) Synthese (Aufbau von Stoffen) System: Teilbereich des Universums; nur kontrollierter Austausch mit der Umgebung Heterogene Systeme: Stoffe mit mindestens 2 Phasen Homogene Systeme: Es liegt nur eine Phase vor. Phase: Bereich von Materie in einem einheitlichen Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig), innerhalb dessen keine abrupte Änderung einer physikalischen Größe auftritt. Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 11

8 Der reine Stoff: Systeme oder Phasen, die aus einem Element oder einer Verbindung bestehen. Elemente z.b. Sauerstoff, Kupfer, Iod, Verbindungen z.b. Kupferoxid, Sand, Glas, Kochsalz, Kriterien für einen reinen Stoff Wodurch können wir einen reinen Stoff von einem Stoffgemisch unterscheiden? Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 12

9 Charakteristische makroskopische Stoffeigenschaften a) Siedepunkt b) Schmelzpunkt c) Dampfdruck allgemein: Thermische Eigenschaften Beispiele: 1.Siede- und Erstarrungskurven des Wassers, H 2 O Schmelzpunkt: 0,00 C Siedepunkt: 100,00 C bei p = 760 Torr (mm Hg) = 1013 mbar Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 13

10 Siedepunktserhöhung Gefrierpunktserniedrigung Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 14

11 Diagramme, in denen der Zusammenhang zwischen Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig), Druck und Temperatur eines beliebigen Stoffes dargestellt ist, heißen Zustandsdiagramme oder Phasendiagramme. Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 15

12 Das Phasendiagramm vom Wasser (H 2 O) Kritischer Punkt Vorlesung Allgemeine Chemie, Prof. Dr. Martin Köckerling 16

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