Aufgabe: Wiegen Sie vor und nach der Reaktion die Gesamtmasse des Reagenzglases mit den beteiligten Stoffen. Ändert sich die Masse? Beobachtung 1:...

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1 1.2 Stoffumsatz Grundgesetze chemischer Reaktionen a) Gesetz von V1: Reaktion von Kupfer mit Schwefel im Reagenzglas Aufgabe: Wiegen Sie vor und nach der Reaktion die Gesamtmasse des Reagenzglases mit den beteiligten Stoffen. Ändert sich die Masse? Beobachtung 1:... Reaktionsgleichung: Beobachtung 2: Die Masse der Endstoffe ist... wie die Masse der Ausgangsstoffe. Ausgangsstoffe =..., Endstoffe =... Allgemein gilt:......(lomonossow, Lavoisier) Erklärung des Befunds mit der Daltonschen Atomhypothese (1808): alle Elemente bestehen aus kleinsten, chemisch nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen 1 (von griechisch atomos = unteilbar). Alle Atome eines Elementes A haben gleiche Masse 2. Die Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich aber in der Masse. Aufgabe: welche Atommasse haben S- und Cu-Atome? Seit Dalton gilt: treten Elemente zu einer Verbindung zusammen, gibt es keine Umwandlung von Materie (wie die Alchimisten glaubten), sondern nur.... Erklärung mit dem Kalottenmodell: 1 aber: Kernspaltung und fusion! 2 Ausnahme: Isotope desselben Elements haben unterschiedliche Neutronenzahl

2 b) Gesetz der (Proust 1799) Kupfer und Schwefel reagieren zu Kupfersulfid Versuch 1: Versuch 2: 1,0 g Cu + 1,0 g S 1,25 g Kupfersulfid Rest: 0,75 g S 1,0 g Cu + 2,0 g S 1,25 g Kupfersulfid Rest: 1,75 g S Frage: in welchem Massenverhältnis kommen Cu und S bei den Versuchen in den Produkten vor?... allgemein: Allgemein gilt: Große Bedeutung hat dieses Gesetzes bei der Vorausberechnung der optimalen Eduktmengen bei der Darstellung chemischer Produkte. Beispiel: die BASF bekommt den Auftrag, 125 Tonnen Kupfersulfid zu produzieren. Welche Mengen an Edukten sind einzusetzen, um keine Rohstoffe zu vergeuden? c) Quantitative Beziehungen bei Gasen Die Beobachtungen von Gay-Lussac und Humboldt (1808): Die Volumina der an einer Reaktion beteiligten Gase stehen immer im Verhältnis einfacher ganzer Zahlen zueinander. Beispiel Wassersynthese: 2 Volumina + 1 Volumen 2 Volumina Wasserdampf Wasserstoff Sauerstoff + Daraus leitete Avogadro 1811 den Satz des Avogadro ab (heute Avogadrosches Gesetz): Gleiche Volumina idealer Gase enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gleich viele kleinste Teilchen (Moleküle), nämlich 6,022 * Teilchen in 22,4 Liter Volumen. (diese Zahl auswendig lernen!!) Avogadro erkannte dabei auch, daß alle gasförmigen Elemente außer den Edelgasen- immer zweiatomige Moleküle sind.

3 Fragen: wieso nehmen verschieden schwere gasförmige Atome oder Moleküle das gleiche Volumen ein (Tipp: Brownsche Molekularbewegung)? Wie muß das Molekül Ammoniak aussehen, wenn 3 l Wasserstoff mit 1 l Stickstoff zu 2 l Ammoniak reagiert? Formeln von Verbindungen Vorbemerkung: Materie kann aus 3 Teilchenarten bestehen: elektr. neutrale Atome elektr. geladene Atome = Ionen Moleküle z. B. Eisen, Kupfer z.b. Kochsalz, Kupfersulfid z.b. Sauerstoff, Wasser Metalle salzartige Stoffe flüchtige Stoffe (gasförmig oder flüssig, sehr große Moleküle fest) A) Verhältnisformeln benutzt man zur Charakterisierung von Ionen und kleinen Molekülen a) Ionen (elektr. geladene Atome) Bsp.: NaCl -> die Verbindung Kochsalz besteht aus den geladenen Atomen Natrium und Chlor im Verhältnis 1:1 Übungen: CaCl 2 Teilchenmodell: b) Kleine Moleküle (wo ein Element nur einmal vorkommt) Beispiele: H 2 O -> das Molekül Wasser besteht aus Wasserstoffatomen und Sauerstoffatomen im Verhältnis 2:1 Teilchenmodell: Übungen: (NH 3, CO 2, O 2 ) Aus Verhältnisformeln ist nicht zu erkennen, ob eine Verbindung aus Molekülen oder Ionen besteht. Faustregel: bei einer Verbindung Metall-Nichtmetall haben wir Ionen, bei einer Verbindung Nichtmetall- Nichtmetall Moleküle! Beispiele: Regeln bei der Aufstellung von Verhältnisformeln Die Anzahl einer Atomsorte in der Verbindung wird durch einen Zahlenindex rechts unterhalb des Elementsymbols angegeben. Beispiele: Der Zahlenindex 1 wird weggelassen. -> statt Na 1 Cl 1... Die kleinstmögliche ganze Zahl wird verwendet statt H 14 O 7... B) Summenformeln werden bei Molekülen benutzt (wenn jedes Element mehr als einmal vorkommt) Beispiel H 2 O 2 Wasserstoffperoxid, es hat 2 Wasserstoff- und 2 Sauerstoffatome.

4 Teilchenmodell: Die Summenformel gibt die Anzahl (=Summe) der jeweiligen Atomsorte im Molekül an. Vorteil der Summenformel: man kann von der Formel auf die Struktur des Moleküls schließen. C) Strukturformeln geben noch detaillierter die Raumstruktur von Molekülen an Beispiel Traubenzucker C 6 H 12 O 6 Welche weiteren Informationen geben Formeln an? Sie geben die Anzahl von Teilchen an Beispiele: 2 CH 4 : dies sind 2 Moleküle Methan (= Kohlenstofftetrahydrid) C 2 H 4 : 3 NaCl: Sie geben die Stoffmenge an Beispiele: (1) KCl: dies ist 1 mol Kaliumchlorid (1 mol = 6,022 * Teilchen) 2 SO 2 : Formulierung von Reaktionsgleichungen V Zn (s) + HCl (aq.) ZnCl 2 (aq.) + H 2 1 mol Zink reagiert mit 1 mol Salzsäure zu 1 mol Zinkdichlorid und 1 mol Wasserstoff. Kein mathematisches Gleichheitszeichen (=) verwenden, da Edukte und Produkte ganz verschiedene Eigenschaften besitzen, also nicht gleich sind! Nur ihre Massen sind gleich. Stattdessen Reaktionspfeil verwenden ( ), mit der Bedeutung reagiert zu bzw. reagiert mit. Regeln Prinzip: vor und nach der Reaktion müssen gleich viele Atome jedes Elements vorhanden sein (dies ergibt sich aus dem Gesetz von der Erhaltung der Masse). a) zuerst nur Edukte und Produkte mit richtiger Formel schreiben... H O 2...H 2 O b) Einrichten der Reaktionsgleichung: Multiplikation der Formeln mit einem geeigneten ganzzahligen Faktor (Vorsicht: Sie dürfen beim Einrichten der Gleichung nie etwas innerhalb der Verbindung verändern, sonst ändern Sie nämlich den Stoff, sondern nur deren Vorzahl!) Das Wasser muß mit 2 Molekülen vorkommen, da links O 2 steht, also auch rechts zwei

5 O-Atome vorkommen müssen; anschließend muß aber auch H 2 mit 2 multipliziert werden, weil durch das Einrichten beim O dann rechts 4 H-Atome vorliegen. weitere Reaktionsgleichungen:... H Cl 2... HCl... Fe +... O 2... Fe 2 O 3... H N 2... NH 3... H 2 O +... CO 2... C 6 H 12 O Benennen von Verbindungen (Verbindungen mit 2 Atomsorten) a) metallischer Bestandteil vorne, nichtmetallischer Bestandteil mit Endung id z.b. FeS =... oder... Allgemeiner: elektropositiveres Atom links (im PSE links unten am stärksten), elektronegativeres Atom rechts (im PSE rechts oben am stärksten) jedem Element ist ein Wert der Elektronegativität zugeordnet z.b. NO 2 =... oder SO 2 /O 2 S?... b) Anzahl der Atome in der Verbindung spricht man mit griechischen Vorsilben Cu 2 S = Dikupfer(mono)sulfid Tiefzahl schreibt man aber nach dem jew. Atom Anzahl Vorsilbe 1 mono- 2 di- 3 tri- z.b. Fe 2 O tetra- 5 penta- S 2 O hexa- 7 hepta- 8 oktac) bei Verbindungen Nichtmetall Sauerstoff steht O immer an zweiter Stelle z.b. SO 2 Schwefeldioxid z.b. HClO 3 Chlorsäure HFO d) Ausnahme: Verbindungen der Elemente mit Wasserstoff: bis zur V. Hauptgruppe steht H an zweiter Stelle, erst ab der VI. Hauptgruppe steht H an erster Stelle Übungen: Formel Name Formel Name Trivialname FeS Dimagnesiumtrinitrid Fe 2 O 3 Kohlenstofftetrahydrid P 2 O 5 Stickstofftrihydrid Ammoniak Al 2 S 3 Dihydrogenoxid Wasser MgCl 2 Dihydrogensulfid MgI 2 Hydrogenfluorid CaBr 2 Hydrogenchlorid Salzsäure

6 für viele Stoffe gibt es Trivialnamen, für wichtige Stoffe muß man beide Namen wissen! e) Benennung von Verbindungen mit mehr als 2 Atomen, am Beispiel von Elementsauerstoffsäuren Regel: die Anionen der Elementsauerstoffsäuren erhalten die Endung at, wenn das Nichtsauerstoffelement in gebräuchlicher Oxidationsstufe vorliegt Formel Name Formel Name Trivialname K 2 SO 4 Dikaliumsulfat H 2 SO 4 Schwefelsäure NaNO 3 HNO 3 Salpetersäure K 3 PO 4 H 3 PO 4 Phosphorsäure NaClO 3 HClO 3 Chlorsäure Für Komplexsalze und organische Stoffe gibt es spezielle Nomenklaturen.