Vorlesung Allgemeine Chemie (CH01)

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1 Vorlesung Allgemeine Chemie (CH01) Für Studierende im B.Sc.-Studiengang Chemie Prof. Dr. Martin Köckerling Arbeitsgruppe Anorganische Festkörperchemie Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, Institut für Chemie 1

2 Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde: Naturwissenschaften, Unterteilung in verschiedene Bereiche, unterschiedliche Chemie-Einzeldisziplinen, Wöhler sche Harnstoffsynthese Definition verschiedener Begriffe: Analyse, Synthese, heterogenes, homogenes System, Phase, der "reine Stoff Thema heute: Weitere wichtige Begriffe, Atommodelle, Atomkerne und -umwandlungen 2

3 Kriterien für einen reinen Stoff Der reine Stoff Was ist ein reiner Stoff? Wodurch können wir einen reinen Stoff von einem Stoffgemisch unterscheiden? Eigenschaften von Stoffen Einfluss von Verunreinigungen Bei der Betrachtung von Stoffeigenschaften ist der Aggregatzustand immer eine wichtige Größe. 3

4 Feststoff Flüssigkeit Gas Plasma 4

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7 Diagramme, in denen der Zusammenhang zwischen Aggregatzustand (fest, flüssig, gasförmig), Druck und Temperatur eines beliebigen Stoffes dargestellt ist, heißen Zustandsdiagramme oder Phasendiagramme. 7

8 Das Phasendiagramm vom Wasser (H 2 O) Kritischer Punkt 8

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10 Charakteristische makroskopische Stoffeigenschaften a) Siedepunkt b) Schmelzpunkt c) Dampfdruck allgemein: Thermische Eigenschaften Beispiele: Siede- und Erstarrungskurven des Wassers, H 2 O Schmelzpunkt: 0,00 C Siedepunkt: 100,00 C bei p = 760 Torr (mm Hg) = 1013 mbar 10

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12 Siedepunktserhöhung und Gefrierpunktserniedrigung 12

13 Neben den makroskopischen Eigenschaften spielen die mikroskopischen Eigenschaften eine ebenso wichtige Rolle: Der atomare und molekulare Aufbau, Kristallstruktur, Molekülstruktur, Röntgenstruktur Spektroskopische Eigenschaften Zu jedem Stoff gehören immer spezifische Eigenschaften (Stoffeigenschaften). Beispiele: Siedepunkt, Schmelzpunkt, Dichte, elektrische Leitfähigkeit, Farbe, Transparenz, chemisches Reaktionsverhalten.. 13

14 Wie lassen sich die Eigenschaften von Stoffen verstehen und erklären? Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen den kleinsten Teilchen, die dem Stoff zugrunde liegen (dem inneren, atomaren Aufbau), den Bindungen (welche die kleinsten Teilchen zusammenhalten) und den beobachtbaren bzw. meßbaren Eigenschaften eines Stoffes. Frage nach dem Aufbau der Materie Atomistik Was passiert bei einer fortschreitenden Zerkleinerung von Materie Mikroskop Ist Materie unendlich zerkleinerbar oder existieren kleinste, unteilbare Teilchen, A T O M E? ατοµος (gr.) unteilbar 14

15 Historischer Überblick: Atom- und Elementvorstellungen wurden erstmals in der griechischen Naturphilosophie entwickelt. Anaximander von Milet ( v.chr.) Der Urgrund aller Dinge ist das Grenzenlose (απειρου - wesenloser Urstoff) Heisenberg / Albert Einstein Anaximenes von Milet ( v.chr.) Der Urstoff der Welt ist die Luft. Empedokles ( v.chr.) Die vier Grundstoffe sind Erde, Wasser, Feuer und Luft. Elemente 15

16 Leukipp von Milet (450 v.chr.) Demokrit von Abdera ( v.chr.) Begründer des atomistischen Weltbildes Alle Stoffe bestehen aus einzelnen, nicht teilbaren Bausteinen, zwischen denen sich leerer Raum befindet. (Atome) Bewegung, Vereinigung Nichts entsteht aus Nichts, sondern alles aus einem bestimmten Grunde und aus Notwendigkeit. Moderne Atomtheorie: R. Boyle (1661) Lavoizier (1794) J. Dalton ( ) Proust (1799) 16

17 1.) Chemische Elemente bestehen aus kleinsten, nicht weiter zerlegbaren Teilchen, den Atomen. 2.) Jedes Element besteht aus einer besonderen, für jedes Element charakteristischen Art von untereinander gleichen Atomen; es gibt daher so viele Atomsorten wie Elemente. 3.) Atome sind nicht umwandelbar. Alchemisten / Fe Au 4.) Chemische Verbindungen entstehen erst durch chemische Reaktionen von Atomen verschiedener Elemente. Die Atome verbinden sich in einfachen Zahlenverhältnissen und damit Massenverhältnissen. Gesetz der konstanten Proportionen Bei allen chemischen Vorgängen bleibt die Gesamtmasse der beteiligten Stoffe unverändert. Bilden zwei Elemente mehrere Verbindungen miteinander, dann stehen die Massen desselben Elementes im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen. Gesetz der multiplen Proportionen 17