III. Saure, basische und neutrale Lösungen Säure/Base-Reaktionen sind Reaktionen bei denen Protonen ausgetauscht werden. Säuren sind immer Protonendonatoren, d.h. sie geben Protonen ab. So bilden sich z.b. mit Wasser 3 + -Ionen (= xoniumionen). Verantwortlich für saure Beispiel l (= Salzsäure): Lösung! δ+ δ+ δ- δ+ l l δ- l (g) + 2 (l) l - (aq) + 3 + (aq) hlorwasserstoff Wasser hlorid-ion xonium-ion Säure Base Säurerest-Ion (= Protonendonator) (= Protonenakzeptor) Basen sind immer Protonenakzeptoren, d.h. sie können Protonen aufnehmen. So bilden sich z.b. mit Wasser - -Ionen (= ydroxid-ionen). Verantwortlich für basische Salze alles klar?! Lösung! Magnesiumnitrat Mg(N 3 ) 2 Mg 2+ - ; 2 N 3 Natriumphosphat Na 3 P 4 3 Na + 3- ; P 4 Bariumiodid BaI 2 Ba 2+ ; 2 I - alciumcarbonat (= Kalk) a 3 a 2+ 2- ; 3 Aluminiumhydroxid Al() 3 Al 3+ ; 3 - Ammoniumhydrogensulfit N 4 S 3 N + - 4 ; S 3 Natriumphosphid Na 3 P 3 Na + ; P 3- Neutralisation: Säure + Base Salz + Wasser Stoffgleichung: l + Na Nal + 2 Ionengleichung: 3 + (aq) + l - (aq) + Na + (aq) + - (aq) Na + (aq) + l - (aq) + 2 2 (l) 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 5
Indikatoren: Name in saurer Lösung in neutraler Lösung in alkalischer Lösung Universalindikator rot gelb-grün blau Phenolphthalein farblos farblos pink p-wertskala..0..7 14.. 0 10 20 30 40 50 Titration Die Titration ist eine Methode zur Ermittlung der Stoffmenge. Dabei tropft man eine Maßlösung genau bekannter Konzentration zu einem bestimmten Volumen an Probelösung, bis ein Indikator umschlägt. IV. Elektronenübergänge Redoxreaktionen (= Elektronenübertragungsreaktionen) sind Reaktionen bei denen Elektronen übertragen werden, wobei die xidationszahl der beteiligten Atome sich verändert. Bei Redoxreaktionen laufen immer xidation und Reduktion gleichzeitig ab. xidation ist die Abgabe von Elektronen, die xidationszahl wird erhöht. Der Elektronendonator ist das Reduktionsmittel. Reduktion ist die Aufnahme von Elektronen, die xidationszahl wird erniedrigt. Der Elektronenakzeptor ist das xidationsmittel. xidation z.b. Verbrennen von Magnesium: 0 +II -II Gesamtgleichung: 2 Mg + 2 2 Mg (Reduktionsmittel) (xidationsmittel) xidation (= Elektronenabgabe): Mg Mg 2+ + 2e - /*2 Reduktion (= Elektronenaufnahme): 2 + 4e - 2 2- Reduktion Alkane= gesättigte KW: In ihren Molekülen liegen nur Einfachbindungen vor: frei drehbar um --Achse Bindungswinkel 109,5 o (Tetraeder) z.b. ktan V. Kohlenwasserstoffe (KW) Verbindungen, deren Moleküle nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoff-Atomen aufgebaut sind. Verbrennung KW mit 2 zu 2 und 2! ungesättigte KW: In ihren Molekülen liegen mindestens eine... Alkene:...=-Zweifachbindung Alkine:...=-Dreifach- vor: nicht frei bindung vor: drehbar um =-Achse Bindungswinkel 180 o Bindungswinkel 120 o (linearer Bau) (trigonal planarer Bau) z.b. Ethin z.b. Ethen 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 6
Radikalische Substitution: Durch Lichteinwirkung entstehen alogenradikale, die Alkanmolekülen -Atome entreißen und in der Folge ersetzen. z.b. 4 + Br 2 3 Br + Br Elektrophile Addition: Mehrfachbindungen haben hohe Elektronendichten und können deshalb von Elektronen liebenden Teilchen angegriffen werden. z.b. 2 = 2 + Br 2 2 Br- 2 Br 2 = 2 + Br 2 Br- 3 Formeln am Beispiel Ethan: Molekülformel (=Summenformel): 2 6 vereinfachte Strukturformel: 3-3 Strukturformel (= Valenzstrichschreibweise = Lewisformel): Isomerie: Verbindungen haben die gleiche Molekülformel und... Konstitutionsisomerie:...unterschiedliche Reihenfolge der Verknüpfung der Atome. z.b. 4 10 Butan 3-2 - 2-2 - 3 und 2-Methylpropan 3 -- 3 3 E/Z-Isomerie:...unterschiedliche räumliche Lage von Atomen oder Atomgruppen bei gleicher Reihenfolge der Verknüpfung der Atome. z.b. 4 8 3 3 (Z)-But-2-en 3 3 (E)-But-2-en Löslichkeit: KW sind unpolare, d.h. lipophile Stoffe, die nur mit unpolaren Lösungsmitteln mischbar sind. Zwischen den KW- und Lösungsmittelmolekülen können sich nur van-der-waalskräfte ausbilden. Siede (ϑ b ) - und Schmelztemperatur (ϑ m ): KW bilden nur van-der-waalskräfte untereinander aus, deshalb steigen ϑ b und ϑ m mit der berfläche der Moleküle. VI. Sauerstoffhaltige organische Verbindungen Verbindungsklasse deren Moleküle gekennzeichnet sind durch eine oder mehrere... Alkohole (= Alkanole):... ydroxygruppen. primärer Alkohol Ethanol 3-2 -; Butan-2-ol 3 -- 2-3 ; sekundärer Alkohol tertiärer Alkohol 2-Methylpropanol 3 -- 3 ; Propan-1,2,3-triol (Glycerin) 2 -- 2 3 Aldehyde (= Alkanale):... Aldehydgruppen. Sie sind xidationsprodukte der primären Alkohole und lassen sich zu arbonsäuren oxidieren. Aldehyde können durch Silberspiegel- und Fehlingprobe spezifisch nachgewiesen werden. 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 7
Methanal, Ethanal Methanal ; Ethanal 3 Ketone (= Alkanone):... Ketogruppen. Sie sind die xidationsprodukte der sekundären Alkohole und lassen sich nicht weiter oxidieren. Propanon (Aceton) 3 -- 3 ; Pentan-2-on 3 -- 2-2 - 3 arbonsäuren:... arboxygruppen. Sie sind die xidationsprodukte der Aldeyhde. Ethansäure (Essigsäure) 3 -; Methansäure (Ameisensäure) arbonsäureester:...estergruppen. Ein Ester bildet sich, wenn ein Alkohol mit einer arbonsäure unter Abspaltung von Wasser reagiert (Gleichgewichtsreaktion). Kondensation: Verknüpfung zweier Moleküle unter Abspaltung von Wasser 3 - + - 2-2 - 3 3 --- 2-2 - 3 + 2 Ethansäure Propanol Ethansäurepropylester Wasser ydrolyse: Spaltung eines Moleküls unter Anlagerung von Wasser Löslichkeit und Mischbarkeit von sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen: 3 2 2 2 2 2 unpolar, hydrophob polar, hydrophil Van-der-Waals-Kräfte -Brücken bzw. Dipol-Dipol-Kräfte Das Verhältnis der polaren und nicht polaren Anteile des Moleküls bestimmt, wie gut der Stoff mit polaren oder unpolaren Lösungsmitteln mischbar ist. Mit zunehmender Länge des unpolaren Alkylrestes sind die Moleküle weniger hydrophil. 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 8
Siede- und Schmelztemperatur von sauerstoffhaltigen Kohlenwasserstoffen: In Pfeilrichtung steigt die Stärke der zwischenmolekularen Wechselwirkungen und damit steigt auch die Siede- bzw. Schmelztemperatur bei ähnlicher Molekülgröße: arbonsäuren Alkohole Aldehyde, Ketone, Ester Kohlenwasserstoffe 2 -Brücken pro Molekül 1 -Brücke pro Molekül Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Van-der-Waals-Wechselwirkungen VII. Biomoleküle: Fette, Kohlenhydrate, Proteine Fette: Fette sind die energiereichsten Nährstoffe und dienen dem Körper als Energiereserve. Ester des Alkohols Glycerin (Propan-1,2,3-triol) und dreier Fettsäuren. Kohlenhydrate: Kohlenhydrate sind aus ringförmigen Molekülen aufgebaut. Sie werden in Monosaccharide (Einfachzucker, z.b. Glucose), Disaccharide (Zweifachzucker, z.b. Saccharose) und Polysaccharide (Mehrfachzucker, z.b. Stärke und ellulose) eingeteilt. Kondensationsreaktion Glucose (Traubenzucker; 6 12 6 ) ydrolyse reaktion Stärke Kohlenhydrate wie Stärke sind unsere wichtigsten Energielieferanten. Kohlenhydrate wie ellulose zählen zu den Ballaststoffen und sind das Zellwandmaterial der pflanzlichen Zellen. Proteine: 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 9
Proteine (Eiweiße) erfüllen in unseren Körper Aufgaben als Baustoffe, Nährstoffe, Enzyme und Transportmoleküle. Sie bestehen aus großen, kettenförmigen Molekülen. Ihre Bausteine, die Aminosäuren, sind durch Peptidbindungen miteinander verknüpft. Grundstruktur von Aminosäuren: Aminogruppe Rest arboxygruppe Verknüpfung zweier Aminosäuren führt zum Dipeptid, bei mehr als 100 Aminosäuren spricht man von einem Protein... z.b. Kondensationsreaktion ydrolyse reaktion 2009 Zannantonio/Wagner LS Marquartstein 10