Anorganische Chemie! der unbelebten Natur keine Kohlenstoffverbindung (Kohlenstoffatome C) Metall Nichtmetallverbindungen Ionenbindung

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1 3 Chemie / Physik 3.1 Eigenheiten der Chemie und Physik Chemie ist die Lehre von den Stoffen, ihrer Zusammensetzung, dem Aufbau, der Struktur und ihrer Umwandlung Die Chemie untersucht und beschreibt die Vorgänge die bei der Reaktion der Elemente (Atome) und ihrer Verbindungen entstehen. Die gesamte Chemie ist aus den rund 100 Grundstoffen (Atomen) aufgebaut. Die Elemente, die kleinsten Einheiten, die Atome, lassen sich je nach ihren Eigenschaften miteinander zu Verbindungen vereinigen. Die Synthese (Aufbau) ist das eigentliche Anliegen der Chemie. Die Anzahl der möglichen Verbindungen ist nahezu unendlich. Wir unterteilen die Chemie in die: Anorganische Chemie! Organische Chemie! der unbelebten Natur keine Kohlenstoffverbindung (Kohlenstoffatome C) Metall Nichtmetallverbindungen Ionenbindung der belebten Natur zugehörend Kohlenstoffverbindung (Kohlenstoffatome C) Nichtmetall Nichtmetall Verbindungen Atombindungen Physik ist die Lehre von den Kräften, vom Aufbau und dem Verhalten der unbelebten Materie In der Physik wird die chemische Zusammensetzung der Stoffe nicht verändert. Wir unterteilen die Physik in: Mechanik Optik Elektrik Akustik Kalorik Atom-Kernphysik 1

2 Die wichtigsten physikalischen Eigenschaften der Stoffe: Aggregatszustand: fest, flüssig, gasförmig Dichte Härte Elektrizität Wärmeleitfähigkeit Elektrische Leitfähigkeit Diese Eigenschaften sind für jeden Stoff charakteristisch und dienen u.a. zur Bestimmung der Stoffe. Sie lassen sich messen und bestimmen. Bei physikalischen Vorgängen kann sich die äußere Form (Aggregatszustand) ändern. 3.2 Gemenge / Mischungen In der Natur kommen Stoffe nur selten als Reinstoffe vor. Meistens handelt es sich um Stoffgemische, die sich aus mindestens zwei Reinstoffen zusammensetzen. Wir sprechen von Stoffgemischen. Selbst eine hochreine Laborchemikalie ist niemals 100%ig rein, sie enthält immer einige Verunreinigungen, wenn auch nur in geringem Maße. Stoffgemische findet man überall. Betrachtet man ein Stück rötlichen Granit, sieht man verschiedene Bestandteile: Transparenter Quarz, roter und weißer Feldspat, sowie schwarzer Glimmer. Wenn man das Granitstück mit einem Hammer zerkleinert, kann man es in die einzelnen Bestandteile auftrennen. Beim Granit sind die einzelnen Bestandteile deutlich erkennbar. Die Bestandteile liegen alle im festen Zustand vor, ein solches Gemisch nennt man auch Gemenge. Vermischt man Salatöl und Wasser, schwimmt das Öl aufgrund seiner geringeren Dichte zunächst auf dem Wasser. Durch kräftiges Schütteln vermischen sich die beiden Flüssigkeiten teilweise. Dieses Gemisch von zwei Flüssigkeiten bezeichnet man als Emulsion. 2

3 Auch Milch ist eine Emulsion von Fetttröpfchen in Wasser. Dass bei der Milch ein Stoffgemisch vorliegt, kann man erst unter dem Mikroskop erkennen. Die kleinen Punkte auf dem Bild zeigen die Fetttröpfchen in der Milch bei 1000facher Vergrößerung: Vermischt man einen festen Stoff mit einer Flüssigkeit, erhält man eine Suspension. Beim Verrühren von Gartenerde in Wasser sind die festen Bestandteile der Erde auch ohne Mikroskop zu erkennen. Sie setzen sich nach einer Weile am Boden des Gefäßes ab. Sind die Bestandteile eines Stoffgemisches mit den Augen oder mit Hilfe eines Mikroskops noch zu erkennen, liegt ein heterogenes Stoffgemisch vor. Wenn man einen Goldbarren herstellt, versucht man möglichst reines Gold zu verwenden. Die kleinen Goldbarren auf der Abbildung unten besitzen eine Reinheit von 999,9 - das bedeutet sie enthalten mindestens 99,99% Anteile Gold. Der Goldring mit dem innen versehenen Stempel 585 enthält einen garantierten Goldgehalt von 58,5% Gold, der restliche Anteil setzt sich aus Silber, Kupfer oder Platin zusammen. Hier liegt ebenfalls ein Stoffgemisch in Form einer Legierung vor. Als Legierung bezeichnet man ein Stoffgemisch, bei dem mindestens eine Komponente aus einem Metall besteht. Das goldgelbe Messing enthält beispielsweise kein Gold, sondern die Messing-Legierung setzt sich aus den Komponenten Kupfer und Zink zusammen. Bronze ist eine Legierung von Kupfer und Zinn. Ein Goldbarren ist (fast) ein Reinstoff Messing: eine Legierung aus Kupfer und Zink 3

4 Die einzelnen Komponenten einer Legierung kann man jedoch selbst mit einem Mikroskop nicht mehr erkennen. Derartige Stoffgemische nennt man homogene Stoffgemische. Nicht nur Legierungen bilden homogene Stoffgemische, sondern auch Lösungen und Gemische verschiedener Gase. Beim Streuen von Kochsalz in Wasser löst sich das Salz allmählich auf und ist nach einer Weile nicht mehr zu sehen. Dass es noch im Wasser gelöst ist, kann leicht mit der Geschmacksprobe feststellen. Ein Beispiel für ein homogenes Stoffgemisch zwischen mehreren Gasen, stellt die gewöhnliche Atemluft dar. Sie enthält als Hauptbestandteil 78% Volumenanteile Stickstoff, 21% Volumenanteile Sauerstoff und 1% Volumenanteil an anderen Gasen wie Argon oder Kohlenstoffdioxid. Die Stoffgemische kann man nach dem Aggregatzustand der Komponenten in einer Tabelle zusammenfassen. Heterogene Stoffgemische sind in der Tabelle fett und in gerader Schrift gekennzeichnet, homogene Stoffgemische fett und kursiv. STOFFGEMISCH FEST FLÜSSIG GASFÖRMIG IN FEST Legierung (Messing) Gesteine (Granit) Haufwerk (Kieshaufen) Schwamm Hartschaum Gasbeton Bimstein IN FLÜSSIG Lösung (Salzlösung) Suspension (Dispersion) Lösung (Wein) Emulsion (Milch, Handcrème) Lösung (Mineralwasser) Schaum (Seifenschaum) IN GASFÖRMIG Rauch (Zigarettenrauch, Staub) Nebel Gasgemisch (Luft) 4

5 3.3 Chemische Verbindungen Bei chemischen Reaktionen entstehen neue Stoffe. Neue Stoffe haben neue Eigenschaften. Diese neuen Stoffe können nicht mit physikalischen Verfahren getrennt werden. Eine Trennung ist nur wieder auf chemischem Wege machbar. Chemische Verbindungen setzen sich aus geeigneten Atomen zusammen. Geeignet heisst: Die Atome müssen eine entsprechende Affinität zueinander besitzen. Die Zusammensetzung erfolgt nach einfachen Zahlenverhältnissen. Kochsalz, Natriumchlorid (NaCl) besteht aus einem Atom Natrium und einem Atom Chlor 1 : 1 Wasser (H 2O) besteht aus 2 Teilen Wasserstoff und einem Teil Sauerstoff 2 : 1 Gips (CaSO 4) besteht aus einem Teil Calcium, 1 Teil Schwefel + 4 Teile Sauerstoff 1 : 1 : 4 Chemische Substanzen bzw. Chemische Reaktionen werden durch chemische Gleichungen beschrieben. Unterschiede zwischen Gemengen und chemischen Verbindungen. GEMENGE CHEMISCHE VERBINDUNG Gemenge entstehen durch physikalische Vorgänge (Mischungen) Verbindungen entstehen durch chemische Reaktionen (Synthese) Die Eigenschaften der einzelnen Stoffe im Gemenge bleiben erhalten Chemische Verbindungen haben völlig neue Eigenschaften In Gemischen könne die Mischungsverhältnisse beliebig sein Chemische Verbindungen haben klare Massenverhältnisse, die von der Wertigkeit der beteiligten Stoffe abhängig ist Gemenge werden mit physikalischen Trennverfahren in seine einzelnen Stoffe zerlegt Chemische Verbindungen können nur durch chemische Reaktionen in ihre Elemente oder andere Verbindungen zerlegt werden (Analyse) Synthese Element + Element Verbindung Analyse 5