Modul: Allgemeine Chemie

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1 Modul: Allgemeine Chemie

2 Modul: Allgemeine Chemie Semesterwoche im 1. Fachsemester Modulprüfung ALL: , 15:00 Uhr (Freitag); Klausur über Vorlesungs- und Übungsstoff Wiederholungsprüfung: , 15:00 Uhr (Freitag) Beginn des Praktikums AC1: (1. Durchgang) Ziel: Kenntnisse über: den Atombau, die chemische Bindung, das Periodensystem der Elemente, das chemische Gleichgewicht, chemische Reaktionen, elementare Stöchiometrie, Laboratoriumstechnik

3 Inhalt: Modul: Allgemeine Chemie 1. Regeln und Normen 2. Elementare Stöchiometrie I Definition und Gesetze, Molbegriff, Konzentrationseinheiten 3. Bausteine der Materie Atomkern: Elementarteilchen, Kernkräfte, Kernenergie, Kernmodelle Stabilität, Radioaktivität, Kernfusion, Kernspaltung Atomhülle: Atomspektren, Bohr sches Atommodell, quantenmechanisches Atommodell, Welle Teilchen Dualismus, Quantenzahlen, Schrödingergleichung, Atomorbitale 4. Das Periodensystem der Elemente Aufbauprinzip, periodische Eigenschaften, (Atomradius, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Elementeinteilung)

4 5. Grundlagen der chemischen Bindung Ionenbindung energetische Verhältnisse, Ionengitter Strukturtypen, Kreisprozesse kovalente Bindung Lewis Formeln, Oktettregel, Formalladungen VSEPR, VB-, MO-Theorie, H-Brücken Hybridisierungskonzept, Elektronegativität Metallbindung van der Waals Kräfte 6. Der feste, flüssige und gasförmige Aggregatzustand Gase, Flüssigkeiten, kristalline und amorphe Feststoffe Phasendiagramme, Dampfdruckkurven 7. Das chemische Gleichgewicht Definition, homogene und heterogene Gleichgewichte Gleichgewichtskonstanten, Massenwirkungsgesetz

5 8. Wichtige Reaktionstypen Säure Base Reaktionen Konzepte, Gleichgewichtskonstanten Säure-Base Titrationen; Säure-Base Diagramme; Indikatoren, Pufferlösungen Redoxreaktionen Oxidationszahlen, Redoxgleichungen Redoxpotentiale, Spannungsreihe, Nernstsche Gleichung, Elektrolyse, Batterien 9. Geschwindigkeit chemischer Reaktionen Grundbegriffe, Reaktionsordnung, Temperaturabhängigkeit Aktivierungsenergie, Katalyse 10. Elementare Stöchiometrie - II Berechnung von Konzentrationen und Ausbeuten Berechnung von Titrationskurven; ph, poh, pk s, pk b Werte und deren Berechnung

6 11. Laboratoriumstechnik Werkstoffe im Labor, Laborgeräte Masse-Bestimmung; Dichtebestimmung Volumenmessung Prinzipien der Temperaturmessung Trennverfahren

7 Modul: Allgemeine Chemie Literatur E. Riedel, Allgemeine und Anorganische Chemie, 8. Auflage, De Gruyter, Berlin, E. Riedel, Anorganische Chemie, W. de Gruyter, Berlin, E. Riedel, C. Janiak, Anorganische Chemie, 8. Auflage, De Gruyter, Berlin, M. Binnewies, M. Jäckel, H. Willner, G. Rayner-Canham, Allgemeine und Anorganische Chemie, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg, 2004; 2. Auflage H. Kahlert, F. Scholz, Acid-Base Diagrams, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2013.

8 S. Hauptmann, Starthilfe Chemie, B.G. Teubner Stuttgart-Leipzig, H. Christen, Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie, O. Salle Verlag, Verlag Sauerländer, Frankfurt/Main, F.A. Cotton, G. Wilkinson, Anorganische Chemie, Verlag Chemie, Weinheim, Anorganikum, VEB Dt. Verlag der Wissenschaften, Berlin, (Teil I und II). J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter, Anorganische Chemie, W.de Gruyter, Berlin, New York, H. Remy, Lehrbuch der Anorganischen Chemie I und II, Akadem. Verlagsgesellschaft, Geest Portig, Leipzig, 1955.

9 Inhalt: Modul: Allgemeine Chemie 1.Regeln und Normen 2. Elementare Stöchiometrie I Definition und Gesetze, Molbegriff, Konzentrationseinheiten 3. Bausteine der Materie Atomkern: Elementarteilchen, Kernkräfte, Kernenergie, Kernmodelle Stabilität, Radioaktivität, Kernfusion, Kernspaltung Atomhülle: Atomspektren, Bohr sches Atommodell, quantenmechanisches Atommodell, Welle Teilchen Dualismus, Quantenzahlen, Schrödingergleichung, Atomorbitale 4. Das Periodensystem der Elemente Aufbauprinzip, periodische Eigenschaften, (Atomradius, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität, Elementeinteilung)

10 1. Regeln und Normen Reaktionsgleichung: 2 CO + O 2 2CO 2 2H 2 + O 2 2H 2 O unter Verwendung der Stöchiometriezahlen grundsätzlich auszugleichen; Anzahlverhältnis Reaktionsschemata: qualitative symbolische Beschreibung

11 1. Regeln und Normen Phasensymbole: s (solid) l (liquid) g (gaseous) aq (Stoffe in wässriger Lösung) solv (Stoffe in nicht-wässrigen LM) a) 2Na(s) + Cl 2 (g) 2NaCl(s) b) Fe(s) + 2HCl(aq) FeCl 2 (aq) + H 2 (g) b1) Fe(s) + 2H + (aq) Fe 2+ (aq) + H 2 (g) Ionengleichung: Cl - Ionen sind an der Reaktion nicht beteiligt

12 1. Regeln und Normen Größen und Einheiten SI: Système International d Unités, seit 1960

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14 Temperatur: Thermodynamische Temperatur: T [K] Celsius-Temperatur: υ [ C] 1 C 1 K (bei Differenzen) 0 C = K Druck: 1 Pa = 1 Nm -2 Normaler Luftdruck: Pa (1013 hpa = 1013 mbar)

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18 1. Regeln und Normen Stoffmengen und stoffmengenbezogene Größen Die SI Einheit der Stoffmenge ist das Mol. (Einheitenzeichen: mol) Ein Mol ist die Stoffmenge einer Substanz, in der so viele Teilchen enthalten sind wie Atome in 12g des Kohlenstoffnuklids 12 C. Die Teilchen können Atome, Moleküle, Ionen, Elektronen oder Formeleinheiten sein. Die Stoffmenge ist direkt proportional zur Anzahl der Teilchen (n N). Die Teilchenanzahl, die ein Mol eines Stoffes enthält, beträgt N A = 6, mol -1 N A : Avogadro - Konstante

19 1. Regeln und Normen Molare Masse eines Stoffes X : M ( X ) = m( X ) n( X ) SI Einheit: kg. mol -1, übliche Einheit: g. mol -1 Molares Volumen eines Stoffes X : V m ( X ) = v( X ) n( X ) Einheit: l. mol -1 Energieumsatz chemischer Reaktionen: stoffmengenbezogene Angaben in [ kj. mol -1 ]

20 1. Regeln und Normen Mischphasen Stoffmengenkonzentration c(x): c( X ) = n( X ) V SI Einheit: mol. m -3, übliche Einheit: mol. l -1 Massenkonzentration β(x): m( X ) β ( X ) = SI Einheit: kg. m -3, V übliche Einheit: g. l -1 Stoffmengenanteil x(x): (Molenbruch) x( X ) = n( X ) n dimensionslos Massenanteil w(x): (Massenbruch) w( X ) = m( X ) m dimensionslos

21 L: Lösung; G: gelöster Stoff; LM: Lösemittel

22 Nomenklatur 1. Regeln und Normen