Chemie 1 -3

5/10/2018 Chemie 1 -3 - slidepdf.com

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Chemie

Die Chemie ist die Naturwissenschaft von den Stoffen. Die Chemie befasst sich mitdem Aufbau, den Eigenschaften und den Umwandlungen von Stoffen.

Chemische Vorgänge:1. Stoffumwandlung -> neue Stoffe2. Energieumsatz -> Energie freigesetzt oder verbraucht (meistens Wärme)3. Umkehrbarkeit der Reaktion

Physikalische Eigenschaften (lassen sich ohne Stoffumwandlung messen)Siedetemperatur Schmelztemperatur MagnetismusDichte Geruch Elektr. LeitfähigkeitHärte Löslichkeit WärmeleitfähigkeitViskosität Geschmack SprödichkeitVerformbarkeit Farbe Lichtbrechung

Auch abhängig von Druck und Temperatur (nicht nur Art des Stoffes)

Chemische Eigenschaften (beschreiben Verhalten des Stoffes währen der chem. Reaktion)• Allgemeine Reaktivität gegenüber anderen Stoffen

Reagiert ein Stoff z.B. mit Säuren oder Basen?• Radioaktivität

Zerfällt ein Stoff unter Abgabe von radioaktiven Strahlen?• Zündtemperatur

Bei welcher Temperatur entzündet sich ein Stoff spontan?• Brennbarkeit

Reagiert ein Stoff mit Sauerstoff unter Feuererscheinung?

Celsius-Skala: basiert auf Smp. (0°C) und Sdp. (100°C) von Wasser bei 1 bar Kelvin-Skala: Nullpunkt verschoben um 273.15 EinheitenFahreinheit-Skala: basiert auf Smp. (32°F) und Sdp. (212°F) von Wasser

Aggregatzustände



Was geschieht bei der Schmelz- resp. der Siedetemperatur bezüglich Energie-Umsatz?• Der Übergang von einem Aggregatzustand zu einem anderen geschieht bei einer

ganz bestimmten Temperatur, die sich trotz Energiezufuhr resp. Energieabgabeso lange nicht mehr ändert bis die Aggregatzustandsänderung vollständigabgeschlossen ist. Dies lässt sich in Temperatur/Energie-Diagrammen sehr schönzeigen. (Kap. 1, S. 6)

Zustandsdiagramm (Kap. 1, S. 6): Tripelpunkt bei 0.006 bar und 0.0098 °C

Teilchenmodell

Was ist ein Modell? – Ein Modell stellt immer eine Vereinfachung der Wirklichkeit dar.

• Ein Stoff ist nicht eine kontinuierliche Masse, sondern besteht aus vielen kleinstenTeilchen. Diese können wir uns vereinfacht als Kugeln vorstellen.Zerstört/Verändert man diese kleinsten Teilchen, so liegt nicht mehr der anfängliche Stoff vor.

• Jeder Reinstoff besteht aus einer für ihn charakteristischen Sorte kleinster Teilchen. Gemische enthalten mehrere verschiedene Teilchensortennebeneinander.

• Die kleinsten Teilchen sind ständig in Bewegung, abhängig von ihremEnergiezustand.

(Kap. 1, S. 8)

Teilchenbewegung als Erklärung für Temperatur und Druck (Kap. 1, S. 10f)

Die Temperatur eines Stoffes ist ein Mass für die durchschnittliche Bewegungsenergie seiner kleinsten Teilchen.Der Druck eines Gases wird durch die ständigen Stösse der sich bewegenden kleinstenTeilchen an die Gefässwände verursacht.

Dichte (wie viel Gramm in 1 cm3 (=1 mL) wiegt):

Dichte nimmt beim Erwärmen meistens ab, da sich fast alle Stoffe beim Erwärmenausdehnen.Gase können leicht zusammengedrückt werden, da zwischen den Teilchen sehr viel Platzvorhanden ist. Somit steigt die Dichte von Gasen mit zunehmendem Druck.Festkörper und Flüssigkeiten sind hingegen kaum mehr zusammenpressbar (relativ dichter Aufbau).

Die Dichte ist also von Temperatur und Druck abhängig.

Löslichkeit

Lösungen bestehen aus einem Lösungsmittel und einem gelösten Stoff. Für die meistenfesten, flüssigen und gasförmigen Stoffe gibt es geeignete Lösungsmittel.

- Öl löst sich nicht in Wasser, aber gut in Benzin.- Salz löst sich gut in Wasser, aber nicht in Benzin.- Ethanol ist hydrophil (wasserliebend/löslich) und auch lipophil (fettliebend/löslich).



Typen kleinster Teilchen

Atome Moleküle Einatomige Ionen(z.b. Salz…)

Mehratomige Ionen

Aufbau Kleinstmöglichechemische

Einheiten

Einzeln oder in„unendlichem“

Gitter

Begrenzte

Atomverbände:Mind. 2 Atome

zusammen

Aus einzelnenAtomen entstanden

Abwechslungsweisemit entgegengesetztgeladenen Ionen in

‘‘∞‘‘ Gitter

Aus Molekülenentstanden

Abwechslungsweisemit entgegengesetztgeladenen Ionen in

‘‘∞‘‘ Gitter Ladung Elektrisch neutral Elektrisch neutral + oder – geladen + oder – geladen

Darstellung imTeilchen-

Modell

(Kap. 1, S. 13) (Kap. 1, S. 13) (Kap. 1, S. 13) (Kap. 1, S. 13)

Chemischzerlegbar? Nöö

Jop, sofern mind.

2 verschiedeneAtomsorten

(weitere Moleküle oder Atome entstehen)

Niicht Jeeps

(weitere kleinste Teilchenentstehen)

Die elektrische Ladung

Stoffliches Phänomen, d.h. die Ladung ist immer an Materie gebunden.Reibt man z.b. zwei aufgeblasene Luftballons je getrennt über die Behaarung am Arm und

bringt sie danach nahe aneinander, so stossen sie sich ab. Die Haare am Arm und einLuftballon ziehen sich jedoch an. Offenbar sind die Körper beim Reiben irgendwie verändertworden.

Also stossen sich zwei gleich behandelte Körper ab, hingegen ziehen sich zwei verschiedenbehandelte an. Erklärung des Phänomens: Plus- bzw. Minus-Ladung.

Haupterkenntnisse:- Entgegengesetzte Ladungen ziehen sich, je mehr geladen, umso stärker an.- Gleiche Ladungen stossen sich, je mehr geladen, umso stärber ab.- Je näher sich geladene Körper sind, umso stärker wirkt die Anziehungs- bwz.

Abstossundskraft.

Coulomb-Gesetzt:

Q1 * Q2

F= c * r 2

(F = Kraft; c = Konstante; Q = Ladung; r = Abstand der Ladungsschwerpukte)



Reinstoffe und Gemische

Begriffe zur Beschreibung von Stoffen

Stoffprobe: Stoffmenge, die untersucht wird.Reinstoff: Stoffprobe mit nur 1 Sorte kl. Teilchen

Gemisch: Stoffprobe mit mind. 2 Sorten kl. TeilchenKomponente: Teil einer Stoffprobe, die aus lauter gleichen kl. Teilchen besteht;

Reinstoff-Anteil einer StoffprobePhase: Einheitlich aussehender Anteil einer Stoffprobe mit spezifischen Eigenschaften.

Bezeichnungen für Gemische

Gemisch-Bezeichnung Aggregatzustände der Komponenten

Beispiele aus dem Alltag

Legierung(immer „metallisch“)

s / s Messing (Kupfer & Zink)Bronze (Kupfer & Zinn)

Lösung

(immer klar)

l* / l, s, g Schnaps (l)

Kochsalzlösung (s)Seewasser (g (gelöster O2))Gasgemisch g / g Luft 78,1% Stickstoff

20,9% Sauerstoff 0.94% Argon0.04% KohlendioxidBis 1% Wasser

Gemenge s / s GranitSuspension(immer trüb)

s / l Sand/Wasser-Gemisch

Schaumstoff s* / g Styropor, SchwammEmulsion(immer trüb)

l / l Handcreme, Milch

Schaum l* / g Seifenschwamm

Nebel g* / l Wolke, Versprühen v.FlüssigkeitenRauch g* / s Zigarettenrauch

*davon mehr

Physikalische Trennmethoden

• Sedimentation: Wenn Suspension oder Emulsion, dann warten bis sich Stoff mit grösserer Dichte am Boden absetzt. Dann Dekantieren (Vorsichtig abgiessen)oder abschöpfen.

• Zentrifugation: Beschleunigung der Sedimentation durch Anlegen einer

Fliehkraft (kreisförm. Bewegung).• Filtration: Bei Suspensionen passen die „zusammengeklumpten“ kl.

Teilchen nicht durch die Poren des Filterpapiers, so bleiben sie zurück, währenddie Flüssigkeit das Filtrat bildet.

• Eindampfen: Ein gelöster Feststoff kann durch Eindampfen desLösungsmittels abgetrennt werden. Bei Erhitzen verdampft zuerst Lösungsmittel,da eine niedriegere Siedetemperatur…

• Extraktion: Zu Gemenge, Suspension oder Lösung ein geeignetesLösungsmittel, so lösen sich nur ganz bestimmte Komponente des Gemischesauf. Bei Gemenge trennt schlussendlich eine Filtration die ungelösten Feststoffevom gelösten Feststoff im Lösungsmittel. Schlussendlich Lösungsmittel

eindampfen.



• Destillation:

• Dünnschicht-Chromatografie (DC): Trägerplatte mit dünner Pulverschicht(DC-Plättchen) wird benötigt. Lösungsmittel (Laufmittel) lässt man an der dünnen

Schicht hochsteigen. Die gelösten Komponenten haften unterschiedlich gut an der Pulverschicht und sind auch unterschiedlich gut im Lösungsmittel löslich. DasLaufmittel bildet die Laufmittelfront. Streckenverhältnis Steighöhe der Komponente zur Steighöhe des Laufmittels ist in einem gegebenen Trennsystemimmer konstant. Man nennt dieses Verhältnis Rf -Wert („relate to front“)…

• Gas-Chromatografie (GC): Es wird „nur“ getestet, ob eine bestimmteKomponente im Gemisch vorliegt (qualitative Aussage) und wie viel von dieser Komponente im Gemisch vorhanden ist (quantitative Aussage). Das getesteteGemisch muss ein Gas sein, daher wird es vorher bis in die Gasphase erwärmt.Anstelle eines flüssigen Laufmittels wird hier Träger-Gas wie z.B. Stickstoff oder Helium verwendet, welches man in einem regelmässigen Gasstrom durch dieTrennsäule fliessen lässt. Das gasförmige Gemisch wird an den Anfang der

Trennsäule gebracht und wird vom Träger-Gas mitgerissen. In der Säule befindetsich ein feines Pulver, das mit einer geeigneten nichtflüchtigen Flüssigkeitdurchtränkt ist. Die einzelnen Komponenten wandern unterschiedlich schnell. Gutlösliche wandern langsam, schlecht lösliche wandern schnell. Die Komponentengelangen also unterschiedlich schnell zum Ende, wo ein Detektor sie registriertund durch ein elektrisches Signal an den Schreiber sendet = Grafik.

Einteilung der Reinstoffe: Die fünf Stoffklassen

Stoffklasse(Typ kleinster Teilchen)

Typische Eigenschaften Stoffbeispiele

Flüchtige Stoffe(Atome oder kleine Moleküle) -Gase, leicht verdampfende Flüssigkeitenoder weiche, kristalline Festkörper -tiefer Schmelz- und Siedepunkt

Sauerstoff, Ethanol,Wasser, Schwefel

Salzartige Stoffe(Ionen bilden Gitter)

-Spröde Kristalle-Sehr hoher Smp. & Sdp.-Meist gut wasserlöslich (zumindestteilweise löslich)

Natriumchlorid (Kochsalz)Natriumcarbonat (Soda)

Metallische Stoffe(Atome bilden Gitter)

-Festkörper (Ausnahme:Quecksilber, I) mitspiegelnder Oberfläche, undurchsichtig-grosse Differenz zwischen Smp. & Sdp. (oft>400°C); meist hoher Sdp.-nicht wasserlöslich-gute Leitfähigkeit für Wärme und Elektrizität-meist relativ gut mechanisch verformbar

GoldEisenKupfer

Diamantartige Stoffe(Atome bilden Gitter) -extrem harte Festkörper -bei starkem Erhitzen Zersetzung (keinSmp. & Sdp.)-in keinem Lösungsmittel löslich-keine elektrische Leitfähigkeit

DiamantQuarz



Hochmolekulare Stoffe(grosse Moleküle mit oft mehr als1000 Atomen)

-harte, harzartige oder weiche Festkörper mit einer oft ausgeprägten Neigung zumFädenziehen beim Erwärmen-kein klarer Smp. (Erweichungsbereich),kein Sdp.: bei starkem Erhitzen Zersetzung

-keine elektrische Leitfähigkeit

Kunststoffe: NylonNaturstoffe: Eiweisse, Cellulose

Elementarstoffe und Verbindungen

Wenn sich ein Reinstoff chemisch nicht zerlegen lässt, spricht man von einemElementarstoff. Seine kleinsten Teilchen bestehen nur aus einer Atomsorte.

Lässt sich ein Reinstoff hingegen chemisch in weitere Stoffe zerlegen, handelt es sich umeine Verbindung. Seine kleinsten Teilchen bestehen aus mind. 2 Atomsorten.

Symbol-Formelsprache

H2 N2 O2 F2 Cl2 Br 2 I2 P4 S8

(Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Chlor, Brom, Iod, Phosphor, Schwefel)

Atom-Symbole

Stöchiometrischer Faktor 2 P4O10 Symbol-Formel

Indices

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