Allgemeine und anorganische Chemie I

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1 Allgemeine und anrganische Chemie I Chemie für Studierende des Lehramtstudiengangs Grund-, Haupt- und Realschule: Schwerpunkt Grundschule WS 2007/ Silke Kls Elke Sumfleth Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

2 Rückblick - Atmdelle Atmkern enthält: - psitiv geladene Prtnen - nicht geladene Neutrnen Atmhülle enthält: - negativ geladene Elektrnen - besteht aus Elektrnenschalen Atme sind nicht geladen Mdell eines Sauerstffatms Anzahl Elektrnen = Anzahl Prtnen = Kernladungszahl = Ordnungszahl Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

3 Rückblick - Atmdelle Elektrnen umkreisen den Kern in festen Abständen um den Atmkern jede Elektrnenschale entspricht einer bestimmten Energiestufe je Energiestufe können nur eine bestimmte Anzahl Elektrnen aufgenmmen werden maximale Besetzung einer Schale ist 2n 2 (n = Nummer der Schale) Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

4 Rückblick - PSE Einteilung in Hauptgruppen (Elementfamilien) gleiche Anzahl an Elektrnen auf der äußeren Schale Einteilung in Periden gleiche Anzahl an Elektrnenschalen, die mit mindestens einem Elektrn besetzt sind Einteilung nach Ordnungszahlen steigende Prtnenzahl Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

5 Rückblick - PSE Der metallische Charakter eines Elements nimmt vn rechts nach links und vn ben nach unten zu Metalle: links unten / Nichtmetalle: rechts ben Die Reaktivität der Metalle nimmt vn links nach rechts und vn ben nach unten zu Die Reaktivität der Nichtmetalle nimmt vn rechts nach links und vn unten nach ben zu Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

6 Übungen Welches Symbl hat Calcium? Mit welchem Element könnte man es leicht verwechseln? Wie viele Elektrnen hat es? Wie viele Valenzelektrnen hat es? In welcher Schale befinden sich die Valenze.? Wie viele Neutrnen hat es? Ist es ein Metall? Wie viele Neutrnen hat Lithium? Wie reaktiv ist es? Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

7 Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

8 Übungen Welches Symbl hat Calcium? Mit welchem Element könnte man es leicht verwechseln? Wie viele Elektrnen hat Kalium? Wie viele Valenzelektrnen hat es? In welcher Schale befinden sich die Valenzelektrnen? Wie viele Neutrnen hat es? Ist es ein Metall? Wie viele Neutrnen hat Lithium? Wie reaktiv ist es? 19 1 Ca Kalium N 20 ja 4 mittelmäßig Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

9 Vm Atm zur Verbindung Warum sind die Edelgase s reaktinsträge? Sie liegen in einem stabilen Zustand vr. Charakteristisch daran ist die vlle Besetzung der Valenzschale mit 8 Elektrnen. Oktettregel Edelgasknfiguratin, Edelgasregel, Elektrnenktett, Achterschale (Kssel, Lewis) Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

10 Vm Atm zur Verbindung Wie erreichen Atme hne vll besetzte Valenzschale eine stabile Elektrnenanrdnung? durch Eingehen vn chemischen Bindungen dadurch entstehen Verbindungen In Verbindungen besitzen alle Atme ein Elektrnenktett! Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

11 Vm Atm zur Verbindung Zur Erinnerung: Metalle - wenige Außenelektrnen Sie geben die Elektrnen der äußeren Schale ab. Übrig bleibt die mit Elektrnen vll besetzte darunter liegende Schale. Sie entspricht der Elektrnenknfiguratin des Edelgases in dieser Schale. Beispiel: Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

12 Vm Atm zur Verbindung Nichtmetalle - wenige Außenelektrnen Sie nehmen Elektrnen auf die äußere Schale auf. Es entsteht die Elektrnenknfiguratin des flgenden Edelgases in dieser Schale. Beispiel: Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

13 Übungen Die Elektrnenknfiguratin welchen Edelgases bildet Brm aus? Wie viele Elektrnenschalen hat Lithium, wenn es eine stabile Elektrnenknfiguratin hat? Warum hat es keine acht Elektrnen? Welche Elektrnenknfiguratin bildet Wasserstff aus? Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

14 Übungen Die Elektrnenknfiguratin welchen Edelgases bildet Brm aus? Wie viele Elektrnenschalen hat Lithium mit einer stabilen Elektrnenknfiguratin? Warum hat es keine acht Elektrnen? Welche Elektrnenknfiguratin bildet Wasserstff aus? Kryptn 1 auf der K-Schale haben nur zwei Elektrnen Platz Helium Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

15 Die chemische Bindung Bindungsarten: Inenbindung Elektrnenübergang vn einem Atm zum anderen Metall-Nichtmetall-Verbindungen (Salze) kvalente Bindung (Elektrnenpaarbindung) Bildung gemeinsamer Elektrnenpaare Nichtmetall-Nichtmetall-Verbindung (Mleküle) Metallbindung Außenelektrnen werden abgegeben (Elektrnengas) Metall-Metall-Verbindung Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

16 Inenbildung Elemente mit wenigen Elektrnen auf der Außenschale geben diese ab Bildung vn psitiv geladenen Inen (Katinen) Elemente mit einer fast vllen Außenschale, nehmen Elektrnen auf, um diese zu vervllständigen Bildung vn negativ geladenen Inen (Aninen) Abgabe vn Elektrnen ist nur möglich, wenn diese vn anderen Reaktinspartnern aufgenmmen werden können Elektrnenübergang (Redxreaktin) Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

17 Inenbildung Elektrnenübertragung Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

18 Inenbildung Inisierungsenergie benötigte Energie zur Abspaltung eines Elektrns aus einem Atm nimmt vn links nach rechts in einer Peride zu, weil die Kernladung vn l. nach r. zunimmt und dadurch die Elektrnen stärker angezgen werden nimmt vn ben nach unten ab, weil die Elektrnen unten weiter vm Kern entfernt sind und dadurch die Anziehungskraft geringer wird Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

19 Inenbildung Elektrnenaffinität frei werdende Energie bei der Aufnahme eines Elektrns zur Ausbildung der Achterschale nimmt vn links nach rechts zu und vn ben nach unten ab Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

20 Inenbindung psitiv und negativ geladene Inen ziehen sich gegenseitig an Anziehungskräfte wirken in alle Raumrichtungen negativ geladene Inen sind vn psitiv geladenen umgeben und umgekehrt Bildung eines Inengitters bei der Bildung des Inengitters wird Energie freigesetzt zur Zerstörung des Inengitter muss diese Gitterenergie wieder aufgewendet werden bei Inenverbindungen kann man nur das Zahlenverhältnis der enthaltenen Inen angeben, aber man kann nicht sagen, welche benachbarten Inen zusammen gehören daher spricht man hier NICHT vn Mlekülen!!! Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

21 Inengitter Bautyp eines Inenkristalls hängt vn Radius und Ladung der Inen ab, z.b. kann ein In mehrer kleinere entgegengesetzt geladene Inen um sich lagern als gleich grße der größere Natriumchlrid -Gitter Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

22 Mlekülbildung Elemente mit einer fast vllen Außenschale (Nichtmetalle), nehmen Elektrnen auf, um diese zu vervllständigen Ist das zweite Element ebenfalls bestrebt, Elektrnen aufzunehmen, teilen sich beide Elemente zwei Elektrnen, die zwischen den Atmen lkalisiert sind Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

23 Mlekülbildung Fluratm Fluratm Flurmlekül F F F F F F F F F F F 2 Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

24 Übung Wasserstffatm Schwefelatm Schwefelwasserstffmlekül Wasserstffatm H S H H S H H S H H S H H S H H 2 S Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

25 Kvalente Bindung zwei Atme tragen jeweils ein Elektrn zu einem gemeinsamen Elektrnenpaar bei das dazukmmende Elektrn wird genutzt, um das Elektrnenktett zu vervllständigen über das gemeinsame Elektrnenpaar findet die Bindung der Atme statt das negativ geladene Elektrn des einen Atms wird vm psitiv geladenen Kern des anderen Atms angezgen Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

26 Kvalente Bindung bei der Bindungsbildung wird Energie freigesetzt zur Zerstörung einer Bindung muss Energie wieder aufgewendet werden jede Mlekülverbindung hat ein charakteristisches Atmzahlenverhältnis andere Bezeichnungen sind: Elektrnenpaarbindung Atmbindung Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

27 Mlekülverbindungen Beispiele Atm A + Atm B Mlekül AB Atme C + 2 Atme B Mlekül CB 2 Atm A + Atm A Mlekül A 2 Mdelldarstellung Mlekül AB Mlekül CB2 Mlekül A2 Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

28 Metallbindung Elemente mit wenigen Elektrnen auf der Außenschale geben diese ab Sind keine Reaktinspartner vrhanden, bleiben diese Elektrnen frei beweglich als Elektrnengas zwischen den Atmrümpfen Metalle bestehen aus einer dichtesten Kugelpackung aus psitiv geladenen Atmrümpfen Die Elektrnen bewegen sich frei dazwischen und sind keinem Atmrumpf zugerdnet Die Bindung erflgt durch Anziehung der Elektrnen durch alle benachbarten Atmrümpfe Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

29 Metallgitter Die Atmrümpfe der Metalle sind in Kugelpackungen zusammengesetzt. Welcher Bautyp gebildet wird ist abhängig vn der Größe der Atmrümpfe der Zahl freier Elektrnen und der Umgebungstemperatur. kubisch-raumzentrierte Kugelpackung des Lithiums Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

30 Struktur-Eigenschaft-Beziehungen Metall-Nichtmetall Nichtmetall- Nichtmetall Metall-Metall Bezeichnung Salze Mleküle Metalle Bindungstyp Inenbindung Atmbindung Metallbindung Differenz der EN grß klein sehr klein Freie Beweglichkeit Kern nein Elektrnen - nein Kern nein Elektrnen - nein Kern kaum Elektrnen - ja Aggregatz. bei RT fest f. fl. g. fest Verfrmbarkeit nein unterschiedlich ja Siedetemp. sehr hch unterschiedlich hch elek. Leitfähigkeit nein nein ja Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

31 Verbindungsbildung Die Bildung einer Verbindung stellt immer eine chemische Reaktin dar Dabei wird eine stabile Elektrnenanrdnung in den Valenzschalen aller beteiligten Atme erreicht Wie viele Elektrnen bei jedem Element an der Reaktin beteiligt sind, gibt die Wertigkeit an Sie sagt aus, wie viele Wasserstffatme durch das Element ersetzt werden der wie viele an das Element gebunden werden können Dadurch wird das Verhältnis bestimmt, in der die Edukte miteinander reagieren - die Stöchimetrie Sie spiegelt sich im Reaktinsschema wider Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

32 Bindigkeit (Wertigkeit) der Elemente FAUSTREGEL! Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

33 Aufstellen vn Reaktinsgleichungen Reaktinsgleichungen Da bei einer Reaktin kein Teilchen dazu kmmt der verschwindet, muss links vm Reaktinspfeil in Summe das gleiche stehen wie rechts. Halbe Teilchen / Mleküle gibt es nicht, deswegen muss die Stöchimetrie s ausgeglichen werden, dass nur ganze Zahlen vr und innerhalb der Frmeln stehen Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

34 Aufstellen vn Reaktinsgleichungen Reaktin vn Magnesium mit Salzsäure Magnesium+ Salzsäure Magnesiumchlrid + Wasserstff Mg + 2 HCl MgCl 2 + H 2 Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

35 Aufstellen vn Reaktinsgleichungen Calciumcarbnat Salzsäurchlrid Calcium- Khlenstffdixid Wasser CaCO HCl CaCl 2 + CO 2 + H 2 O Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08

36 Übungen zu Reaktinsgleichungen Übung: Was entsteht? H 2 + O 2? 2 H 2 + O 2 2 H 2 O H 2 + N 2? 3 H2 + N2 2 NH3 H 2 + F 2? H2 + F2 2 HF H 2 + C? 2 H2 + C CH4 Silke Kls Allgemeine und Anrganische Chemie I WS 2007/08