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Grundwissen Chemie Mittelstufe

Marie-Therese-Gymnasium

Erlangen

Diese Fassung des Grundwissens wurde im Dezember 2014 für das Marie-Therese-Gymnasium Erlangen von der Fachschaft Chemie beschlossen. Arbeitsgrundlagen waren die Fassung der Wilhelm-Lö-he-Schule Nürnberg und Diskussionsergebnisse in der Arbeitsgruppe DELTAPLUS Mittelfranken.

Diese Grundwissenssammlung soll einen Überblick darüber geben, welche Grundfertigkeiten und -kenntnisse zum jeweiligen Zeitpunkt bzw. beim Eintritt in die Q11 vorausgesetzt werden. Sie umfasst nicht den gesamten vermittelten Stoff und ersetzt daher nicht die kontinu-ierliche Vor- und Nachbereitung.

Version 5.1 (5.12.2014)

Einzeldateien:

GW8 Grundwissen für die 8. Jahrgangsstufe

GW9 Grundwissen für die 9. Jahrgangsstufe (MNG)

GW9a Grundwissen für die 9. Jahrgangsstufe (SG)

GW10 Grundwissen für die 10. Jahrgangsstufe (MNG)

GW10a Grundwissen für die 10. Jahrgangsstufe (SG)

GW-ChemieKomplette Grundwissenskartei 8-10

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 18 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 18 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 28 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 28 NTG

9 SG

NaturwissenschaftlichesArbeiten

(natwiss. Erkenntnisweg)

Einteilung:

StoffReinstoffGemisch

Stoff

Reinstoff Gemischtrennen

mischen

Bei gleichen Bedingungen (Temperatur, Druck):immer gleiche Kenneigen-schaften (z.B. Farbe, Geruch, Geschmack, Aggregatzustand, Schmelz- und Siedetemperatur, Dichte) z.B.: Gold, Wasser, Wasserstoff

Keine konstanten Kenn-eigenschaften,die Kenneigenschaften ändern sich mit der Zusammensetzung.z.B.: Salzwasser

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 38 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 38 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 48 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 48 NTG

9 SG

Aggregatzustände

Einteilung:

ReinstoffElement

Verbindung

E

Teilc

henb

eweg

ung

bei s

teig

ende

r Tem

pera

tur

über

win

det A

nzie

hung

skrä

fte d

er k

lein

sten

Teilc

hen

kleinste Teilchen

Reinstoff

Elementbesteht immer nur aus

Atomen einer Art

Verbindungbesteht aus verschiedenen

Atomen in einem festen, für die Verbindung charakteris-

tischen Zahlenverhältnis

MolekülAtomz.B. Helium

He

z.B. Wasserstoff

H2

z.B. Wasser

H2O

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 58 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 58 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 68 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 68 NTG

9 SG

Einteilung:

Homogenes GemischHeterogenes Gemisch

Teilchenarten

Gemisch

homogen heterogen

nur eine Phase,einheitliches Aussehen

z.B. Luft, Salzlösung

mindestens zwei Phasen,verschiedene Stoffe erkenn-bar

z.B. Nebel, Rauch, Granit

kleinste Teilchen

ungeladen geladen

MolekülionAtomionMolekülAtomz.B. Helium

He

z.B. Wasser

H2O

z.B. Chlorid(-ion)

Cl-

z.B. Ammonium(-ion)

NH4+

Alle diese Teilchen können einzeln vorliegen oder auch ein Gitter bilden.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 78 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 78 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 88 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 88 NTG

9 SG

Chemische Reaktion

Reaktionsgleichungen

Chemische Reaktionen sind Stoff- und Energieumwandlungen.

Auf Teilchenebene sind sie gekennzeichnet durch:• Zusammenstöße der reagierenden Teilchen • Lösen und Neuverknüpfen von chemischen Bindungen

Auf Stoffebene sind sie gekennzeichnet durch Änderung der Kenneigenschaften.

Reaktionsgleichungen beschreiben die stofflichen und energetischen Veränderungen bei einer chemischen Reaktion. Sie folgen stets dem Schema:

Edukte (Ausgangsstoffe) Produkte ggf. Energieumsatz (9 NTG/10 SG) Reaktionspfeil

z.B.: N2 + 3 H2 2 NH3 ΔEi = -46 kJ

Koeffizienten stehen vor den Formeln und geben die relative Anzahl der miteinander reagierenden Teilchen an. Sie werden so gewählt, dass auf beiden Seiten der Gleichung die gleiche Anzahl Atome steht („Ausgleichen“).

Der Index gehört zur Formel. Indices werden beim Ausgleichen nie verändert!

+

2 H2 + O2 2 H2O

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Synthese Edukt 1 + Edukt 2 Produktz.B. Magnesium + Sauerstoff Magnesiumoxid

Analyse Edukt Produkt 1 + Produkt 2z.B. Wasser Wasserstoff + Sauerstoff

Umsetzung Edukt 1 + Edukt 2 Produkt 1 + Produkt 2z.B. Wasser + Magnesium Wasserstoff + Magnesiumoxid

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 98 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 98 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 108 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 108 NTG

9 SG

Grundtypen chem. Reaktionen

NachweisreaktionenWasserstoff Sauerstoff

KnallgasprobeWasserstoff ist brennbar und bildet mit Sauerstoff explosive Gemi-sche. Hält man die Öffnung eines mit dem zu untersuchenden Gas gefüllten Reagenzglases an eine Flamme, weist eine hörbare Ver-brennung („plopp“, kurzer Pfiff) auf Wasserstoff hin. An der Glas-wand kondensiert das gebildete Wasser.

GlimmspanprobeSauerstoff unterhält eine Verbrennung. Führt man einen glimmen-den Span in ein mit dem zu untersuchenden Gas gefülltes Reagenz-glas, deutet das Aufleuchten einer Flamme auf Sauerstoff hin.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften X8 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften X8 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 118 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 118 NTG

9 SG

X

Diffusion

Stoffebene:Gelöste Stoffe scheinen das Bestreben zu haben, sich völ-lig gleichmäßig miteinander zu vermischen.

Teilchenebene:Alle Teilchen einer Lösung bewegen sich zufällig.Es ist unwahrscheinlich, dass mehrere gleiche Teilchen dabei beisammen bleiben, sie bewegen sich mit hoher Wahrscheinlichkeit in unter-schiedliche Bereiche.Durch zufällige Teilchenbe-wegungen durchmischen sich daher alle Teilchen einer Lösung.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 128 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 128 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 138 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 138 NTG

9 SG

Innere Energieexotherme Reaktion

endotherme Reaktion

Energiediagrammexotherme Reaktion

Die Innere Energie Ei ist der gesamte Energievorrat eines Systems. (Einheit: 1 kJ). Sie verändert sich bei jeder chemischen Reaktion.Reaktionsenergie: ΔEi = Ei (Produkte) - Ei (Edukte)

Abgabe von Energie bei einer Reaktion an die Umgebung:

exotherme Reaktion: ΔEi < O

Aufnahme von Energie bei einer Reaktion aus der Umgebung:

endotherme Reaktion: ΔEi > O

Systemmit der inneren Energie

Ei

Energie, z.B. Wärme, elektr. Energie, Licht,

Volumenarbeit ...

exotherm

endotherm

Die Änderung der inneren Energie eines Systems bei chemischen Reaktionen kann durch ein Energiediagramm dargestellt werden:

EA = Aktivierungsenergie

ΔEi < 0 freiwerdende Energie

Edukte

Produkte

Ei

Reaktionsverlauf

Ei (Ed.)

Ei (Prod.)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 148 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 148 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 158 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 158 NTG

9 SG

Energiediagrammendotherme Reaktion

Katalysator

EA = Aktivierungsenergie

ΔEi > 0 chemisch gespeicherte Energie

Edukte

Produkte

Ei

Reaktionsverlauf

Ei (Prod.)

Ei (Ed.)

Die Änderung der inneren Energie eines Systems bei chemischen Reaktionen kann durch ein Energiediagramm dargestellt werden:

EA ohne Katalysator

ΔEi ändert sich durch den Katalysator nicht

Ei

Reaktionsverlauf

Ei (Ed.)

Ei (Prod.)

EA mit Katalysator

Ein Katalysator ist ein Stoff, der EA herabsetzt, die Reaktion beschleu-nigt und nach der Reaktion unverändert vorliegt.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 168 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 168 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 178 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 178 NTG

9 SG

Molekül

SalzeKationen und Anionen

Atomionen und Molekülionen

Teilchen, die aus mindestens zwei Nichtmetall - Atomen bestehen, werden als Moleküle bezeichnet. Moleküle von Elementen bestehen aus gleichartigen Atomen (Cl2, O2, N2, H2), Moleküle von Verbindungen aus verschiedenartigen Atomen (NH3, H2O, CO2, CH4).

Beispiele: Wasserstoff Sauerstoff Wasser Kohlenstoffdioxid

Salze sind Verbindungen aus Ionen. Im Feststoff sind positiv geladene Kationen und negativ geladene Anionen gitterförmig angeord-net. Ihre Ladungen gleichen sich dabei aus.

Atom-Ionenz.B.: Na+, Ca2+, Cl-

Molekül-Ionen z.B.: NH4

+, SO42-, NO3

-

+ - + -+ - +-

+ - + -+ - +-

NaCl

Na+ Cl-

Ca(NO3)2

Ca2+ NO3- NO3

-

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 188 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 188 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 198 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 198 NTG

9 SG

FormelVerhältnisformel Molekülformel

Die Verhältnisformel gibt Art und Zahlenverhältnis der Ionen in einem Salz (Metall-Nichtmetall-Verbindung) an.

Die Molekülformel gibt an, aus welchen und aus wie vielen Atomen jeweils ein Molekül (Nichtmetall-Nicht-metall-Verbindung) besteht.

NaCl CaF2

H2O2 C4H10Wasserstoffperoxid Butan

126C (Kohlenstoff)

Ordnungs-, Elektronen-, Protonen- und Kernla-dungszahl: 6Neutronenzahl: 6Nukleonenzahl: 12 mittl. Atommasse mA = 12,00112 u

Atomhülle: - Elektronen e- ( )negativ geladen, sehr geringe Masse

Atomkern aus Nukleonen: - Protonen p+ ( )pos. geladen, Masse 1 u

- Neutronen n ( )ungeladen, Masse 1 u

Die Ordnungszahl definiert das Element. Die Nukleonenzahl bestimmt die Masse (Mas-senzahl). Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Anzahl der Neutronen und haben daher eine unterschiedliche Masse.Die mittlere Atommasse (ma) errechnet sich aus dem Durchschnitt der Massen der verschiede-nen Isotope eines Elements.

Atombau

++

++

+

+

2+ 2+

2+2+ --

--- -

--

----

--

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 208 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 208 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 218 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 218 NTG

9 SG

Edelgasregel Bildung von Ionen

Edelgas-Atome haben voll besetzte äußerste Schalen (oft: „Oktett“).Solche Teilchen sind besonders stabil und somit reaktionsträge. Atome, die keine Edelgaskonfiguration besitzen, sind reaktiver und können z.B. Ionen bilden, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen:

Na → Na+ + e- Cl2 + 2 e- → 2 Cl-

Ionen entstehen durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen

n=1

n=2

n=1

n=3

Ener

gie

Die Elektronen befinden sich auf Energie-stufen, die durch das Bohr‘sche Schalen-modell dargestellt werden.

Je weiter ein Elektron vom Kern entfernt ist, desto höher ist seine Energie.

Die Elektronen der jeweils äußersten besetzten Schale (= Energiestufe) heißen Valenzelektronen.

Bohr‘sches Atommodell/Energiestufenmodell

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 228 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 228 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 238 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 238 NTG

9 SG

EdelgasregelBildung von Molekülen

Chemische Bindung- Ionenbindung - Atombindung - Metallbindung

Wenn Nichtmetallatome miteinander reagieren, findet keine Ionenbildung statt, sondern es entsteht eine Atombindung durch gemeinsames Nutzen eines Elektronenpaars.

nichtbindendes Elektronenpaar

bindendes Elektronenpaar

Bei einer Doppelbindung (Dreifachbindung) werden zwei (drei) Elektronenpaare gemeinsam genutzt.

Jedes Atom der Bindung erreicht mit Hilfe der zusätzlichen Elektronen des Bindungspartners den stabilen Edelgas-zustand (Oktett).

+ - +-+ - + -

+ - +-  

Bindungsart

Bindungs- partner

Bindung durch

Ionenbindung

Metall-/ Nicht-metallionen

Anziehung von Kationen und Anionen

Ionengitter

Atombindung

Nichtmetall-atome

Bindende Elek-tronenpaare

Moleküle

Metallbindung

Metallatome

Elektronengas zwischen den (pos.) Atom-rümpfen

Metallgitter

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 248 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 248 NTG

9 SG

Valenzstrichformel(Strukturformel)

Valenzstrichformeln enthalten Striche zur Symbolisierung bindender und nicht bindender Elektronenpaare in Molekülen. Die Valenzstrichformel erlaubt die Andeutung von Bindungswinkeln. Es gilt stets die Edelgasregel.

O

H H

O O C

Beispiel Wassermolekül (gewinkelt)O-Atom: Elektronenkonfiguration des Ne, H-Atom: Elektronenkonfiguration des He

Beispiel Kohlenstoffdioxidmolekül (linear)C-Atom: Elektronenkonfiguration des Ne,O-Atom: Elektronenkonfiguration des Ne

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 259 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 259 NTG

10 SG

ElektronegativitätPolare Bindung

Elektronegativität (EN)• Eigenschaft der Atome, Bindungselektronen anzuziehen• Die EN hängt von der Kernladung und der Größe der Atome ab.• Die EN nimmt im PSE von rechts oben nach links unten ab:

In einer Atombindung zieht der Bindungspartner mit derhöheren EN die Bindungselektronen stärker an. Dadurch wird die Bindung polar ( ), es entstehen Partialladungen (δ+, δ-). Die Atombindung ist umso polarer, je größer die Elektronegativitätsdifferenz der Bindungspartner ΔEN ist.

H Clδ+ δ-

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 269 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 269 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 279 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 279 NTG

10 SG

Dipolmoleküle

Zwischenmolekulare WWvan-der-Waals-WW

Dipol-WW Wasserstoffbrücken

Ein Molekül mit polaren Atombindungen ist genau dann ein Dipol, wenn sich die Ladungsverschiebungen nach außen nicht aufheben.

Dipol Dipol

kein Dipol

H Clδ+ δ-

van-der-Waals-WW • Anziehungskräfte zwischen spontanen und induzierten Dipolen• steigen mit zunehmender Kontaktfläche und Molekülmasse• wirken zwischen allen Teilchen (auch unpolaren)Dipol-Dipol-WW • sind WW zwischen positiven und negativen Partialladungen von Dipol-Molekülen (z.B. HCl)Wasserstoffbrücken • sind besonders starke Dipol-Dipol-WW • sind bei geringer Molekülgröße die stärksten WW• bestehen zwischen stark (nur durch F, N und O) positiv polarisier-tem H und einem nichtbindenden Elektronenpaar:

H F H F+ +

O C Oδ- δ-δ+

O H

Hδ+

δ-

δ+

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 289 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 289 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 299 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 299 NTG

9 SG

Atomare Masseneinheit u

Stoffmenge nEinheit: 1 mol

Die Masse eines Teilchens (Atom, Molekül, Ion) kann in der Ein-heit Gramm g oder in der atomaren Masseneinheit u angegeben werden. Ein u ist definiert als der 12. Teil der Masse eines Kohlen-stoffatoms 12C.

1u ≈ 1,66 x 10-24 g1g ≈ 6,022 x 1023 u

Protonen, Neutronen und Wasserstoffatome haben ungefähr die Masse 1 u.

Ein Mol ist die Stoffmenge, die aus 6,022 x 1023 Teilchen des betref-fenden Stoffes besteht („Avogadro-Konstante“ = NA). Die Zahl ist so gewählt worden, dass ein Mol Kohlenstoff (Isotop 12C)genau 12 g wiegt.

Praktische Bedeutung: Die Masse eines Mols eines beliebigen Stoffes in Gramm entspricht daher der Masse eines einzelnen Teilchens dieses Stoffes in u.

Der Zahlenwert für Elemente ist im PSE als Massenzahl ablesbar, für Verbindungen lässt er sich daraus errechnen.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 309 NTG

9 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 309 NTG

9 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 319 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 319 NTG

10 SG

Berechnungsgrundlagenfür stöchiometrisches Rechnen

Säure – saure Lösungneutrale Lösung

Base – alkalische Lösung

mit:

Säure: Protonendonator (Beispiel: HCl) Saure Lösungen enthalten mehr Oxonium- als Hydroxidionen

c (H3O+) > c (OH-)

Neutrale Lösungen enthalten gleich viel Teilchen beider Ionensorten:

c (H3O+) = c (OH-)

Base: Protonenakzeptor (Beispiel: NH3)Alkalische Lösungen enthalten mehr Hydroxid- als Oxoniumionen:

c (H3O+) < c (OH-)

n Stoffmenge [mol] m Masse [g]

M Molare Masse [ gmol ]

V Volumen [l]

Vm Molares Volumen (Gase: 22,4 lmol )

N Teilchenanzahl NA Avogadrokonstante (6,022⋅1023 1

mol )

c Konzentration [ moll ]

M =mn

V = Vm ⋅n

c = nV

n = NNA

=VVm

(HCl + H2O -> H3O+ + Cl-)

(NH3 + H2O -> NH4+ + OH-)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 329 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 329 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 339 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 339 NTG

10 SG

Wichtige Säuren

Wichtige Basen

Natriumhydroxid NaOH Lsg.: Natronlauge in Rohrreiniger, Laugengebäck

Kaliumhydroxid KOH Lsg.: Kalilauge zum Abbeizen

Calciumhydroxid Ca(OH)2 Lsg.: Kalkwasser CO2-Nachweis, Kalkmörtel

Ammoniak NH3 Lsg.: Ammoniakwasser Pferdemist, Haarfarbe, überreifer Camembert

Säure Säure-AnionHCl Chlorwasserstoff Cl- Chlorid (Lösung: Salzsäure) (Magensäure)HNO3 Salpetersäure NO3

- Nitrat (Dünger- u. Sprengstoffherstellung) H2SO4 Schwefelsäure SO4

2- Sulfat (in Autobatterien)H2CO3 Kohlensäure CO3

2- Carbonat (in Erfrischungsgetränken)H3PO4 Phosphorsäure PO4

3- Phosphat (in Coca-Cola)CH3COOH Essigsäure CH3COO- Acetat (Konservierungsmittel)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 349 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 349 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 359 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 359 NTG

10 SG

Protolyse Neutralisation

Säure-Base-Titration

Einer Protolyse ist eine chemische Reaktion, bei der Protonen über-tragen werden.

Bei einer Neutralisation findet ein Protonenübergang von Oxonium-Ionen auf Hydroxid-Ionen unter Bildung von Wassermolekülen statt:

H3O+ + OH- → 2 H2O

Bei der Reaktion äquivalenter Mengen einer starken Säure mit einer starken Base bildet sich eine neutrale Lösung (pH=7).

z.B.: HCl + NaOH → NaCl + H2O allg: „Säure + Base → Salz + Wasser“

Quantitatives Verfahren zur Bestimmung einer unbe-kannten Konzentration eines gelösten Stoffes (z.B. Säure) durch schrittweise Zugabe einer Lösung bekannter Konzentration (Maßlösung, z.B. Lauge) bis zum Äqui-valenzpunkt ÄP (zu erkennen z.B. an der Änderung der Indikatorfarbe).

Am ÄP gilt für die Titration von Säuren

n(H3O+) = n(OH-)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 369 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 369 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 379 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 379 NTG

10 SG

pH-Wert

Oxidation und Reduktion

Salzsäure, Cola dest. Wasser Natronlaugec = 1 mol/l c = 1 mol/l

Der pH-Wert ist ein Maß für den sauren, neutralen oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung.Daher ist der pH-Wert auch ein Maß für die Konzentration der Oxoniumionen in einer wässrigen Lösung. Es gilt: Saure Lösung: pH < 7 Neutrale Lösung: pH = 7 Basische Lösung: pH > 7pH-Skala, Färbung mit Universalindikatorlösung:

Oxidation: Abgabe von Elektronen(Oxidationszahl wird größer)

Reduktion: Aufnahme von Elektronen(Oxidationszahl wird kleiner)

Oxidationsmittel:oxidiert, nimmt Elektronen auf und wird dabei selbst reduziert

Reduktionsmittel:reduziert, gibt Elektronen ab und wird dabei selbst oxidiert Redoxreaktion: chemische Reaktion, bei der Elektronen übertragen werden.

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 389 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 389 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 399 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 399 NTG

10 SG

ElektrolyseBatterie/Galvan. Element

Donor-Akzeptor-PrinzipProtolysereaktion

Redoxreaktion

Elektrolyse:Eine Redox-Reaktion wird mit Hilfe einer Spannungsquelle durch Zufuhr von elektrischer Energie erzwungen

Galvanisches Element:Die Umkehrung der Redox-Reaktion setzt elektrische Energie frei.

Elektrolyse Galvanisches Element

ZnI2 à Zn + I2 ΔEi > 0 Zn + I2 à ZnI2 ΔEi < 0

erzwungen freiwillig

Fast alle chemischen Reaktionen können als Donator-Akzeptor-Reak-tionen beschrieben werden.

• Protolyse-Reaktion: Protonenübergang• Redox-Reaktion: Elektronenübergang

Donator Akzeptor

Protolyse-Reaktion

Säure Base

Redox - Reaktion Reduktionsmittel Oxidationsmittel

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4010 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4010 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4110 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4110 NTG

10 SG

Kohlenwasserstoffe

Homologe Reihe

Kohlenwasserstoffe sind nur aus C- und H-Atomen aufgebaut.

In einer homologen Reihe werden Moleküle zusammengefasst, die sich nur durch die Länge ihrer Kette aus -CH2- Einheiten unterschei-den.

Beispiel: Alkane (Methan - Ethan - Propan - Butan - Pentan - ...)

Allgemeine Summenformeln:Homologe Reihe der Alkane: CnH2n+2Homologe Reihe der Alkene: CnH2nHomologe Reihe der Alkine: CnH2n-2

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4210 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4210 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4310 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4310 NTG

10 SG

Funktionelle Gruppen

Isomerie

Funktionelle Gruppen bestimmen mit ihren Eigenschaften das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen:

C

O

C

O

OH

C C

C C

Alkene

Alkine

Alkohole Carbonylverbindungen(Aldehyde und Ketone)

Carbons‰uren Ester Amine

C

O

O

N

H

H

O H

Doppelbindung

Dreifachbindung

Carboxygruppe Esterbindung Aminogruppe

Hydroxygruppe Carbonylgruppe

funktionelle Gruppen

IsomereUnterschiedliche Verbindungen

mit gleicher Summenformel

Konstitutionsisomere(Strukturisomere)

unterschiedliche Verknüpfung der Atome, z.B.

Stereoisomereunterschiedliche Anordnung

der Atome im Raum, z.B. E/Z-Isomerie

C C C C

n-Butan

2-Methylpropan

C C C

CC C

H

ClCl

HC C

Cl

HCl

H

Z - 1,2-dichlorethen E - 1,2-dichlorethen

Carbonsäuren

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4410 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4410 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4510 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4510 NTG

10 SG

elektrophile Teilchennucleophile Teilchen

Radikale

organische Reaktionstypen:

Substitution

Elektrophile Teilchen haben an einer Stelle ein Elektronendefizit, sind also positiv geladen oder polarisiert.

Nucleophile Teilchen haben an einer Stelle einen Elektronenüber-schuss, sind also negativ geladen oder polarisiert. Sie haben mindes-tens ein nichtbindendes Elektronenpaar.

Elektrophile Teilchen (Elektronenakzeptoren) reagieren stets mit nucleophilen Teilchen (Elektronendonatoren).

Radikale sind Teilchen mit mindestens einem ungepaarten Elektron. Radikale sind besonders reaktiv.

Organische Verbindungen mit Einfachbindungen (Alkane, Alkohole, Halogenalkane) haben die Tendenz zu Substitutionsreaktionen:Zum Beispiel: Radikalische Substitution bei den Alkanen

H C C H + Br Br H C C Br H Br+Lichtenergie

Mechanismus (nur NTG):Die Radikalische Substitution läuft in drei Schritten ab:- Startreaktion (Bildung eines Radikals, z.B. durch Lichtenergie)- Ketten(fortpflanzungs)reaktion- Abbruchreaktionen (Kombination zweier Radikale)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4610 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4610 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4710 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4710 NTG

10 SG

organische Reaktionstypen:

Addition

organische Reaktionstypen:

Kondensation und Hydrolyse

Organische Verbindungen mit Mehrfachbindungen (Alkene, Carbonylverbindungen) gehen Additionsreaktionen ein:Zum Beispiel: elektrophile Addition bei den Alkenen

C C + Br Br C C

Br Br

Mechanismus (nur NTG):- Angriff des elektrophilen Teilchens an der Doppelbindung (hier: δ+ Br→Br δ-)- im zweiten Schritt nucleophiler Angriff (hier: Br-).

Kondensationsreaktion: zwei Moleküle verbinden sich miteinander unter Abspaltung eines kleinen Moleküls (z.B. H2O: Esterbildung)

Hydrolyse:Spaltung einer Verbindung durch Reaktion mit Wasser (z.B. Esterspaltung)

Veresterung Esterspaltung

OC

O

R1 H O R2H+Kondensation

OC

O

R1 R2 + OH2Hydrolyse

Carbonsäure Alkohol Ester Wasser

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4810 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4810 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4910 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 4910 NTG

10 SG

Redoxverhalten der organischen

Sauerstoffverbindungen

Nachweisreaktionen für Aldehyde

 

C

H

H

C OH

H

H

ROxidaton

Reduktion

R1 C OH

H

R2Reduktion

Oxidaton

R1 C OH

R3

R2

Oxidaton

Reduktion

primärer Alkohol

sekundärer Alkohol

tertiärer Alkohol

C

H

H

C

O

H

ROxidaton

Reduktion

Aldehyd

C

H

H

C

O

OH

R

Carbonsäure

Oxidaton

Reduktion

R1C O

R2

Keton

Oxidaton

Reduktion

Nur Methansäure ist noch zu Kohlenstoffdioxid oxidierbar.

Fehlingsche ProbeEine alkalische wässrige Lösung von Kupfer-(II)-sulfat wird bei vorsichtigem Erhitzen durch Aldehyde zu rotem Kupfer-I-oxid (Cu2O) reduziert (ziegelroter Niederschlag).(Ketone reagieren nicht)

SilberspiegelprobeHier werden Silber-(I)-Ionen einer ammoniakalischen Silbernitratlö-sung (Tollens Reagens) bei vorsichtigem Erhitzen durch Aldehyde zu metallischem Silber (Silberspiegel) reduziert.(Ketone reagieren nicht)

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5010 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5010 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5110 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5110 NTG

10 SG

Wichtige sauerstoffhaltige organische Verbindungen

Fette

Fette sind Triglyceride, d.h. Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. Fettsäuren sind langkettige gesättigte oder ungesättigte Carbonsäu-ren.

Methanol Treibstoff

Ethanol Genussmittel, Brennstoff, Lösungs- mittel

Hexan-1,2,3,4,5,6-hexol (Sorbit) Zuckeraustauschstoff

Methanal (Formaldehyd) Ausgangsstoff für Kunststoffe, Kon- servierungsstoff (Anatomie)

Propanon (Aceton) Lösungsmittel

Methansäure (Ameisensäure) Bestandteil von Ameisen- und Brennesselgift

Ethansäure (Essigsäure) Essig, Konservierungsmittel

Fruchtester Bestandteil natürlicher Aromen

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5210 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5210 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5310 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5310 NTG

10 SG

Kohlenhydrate:

Monosaccharide

Monosaccharide sind entweder Polyhydroxyaldehyde oder Polyhydroxyketone,

Beispiele:

Glucose (Traubenzucker) Fructose (Fruchtzucker) Aldose Ketose

Disaccharide Monosaccharide werden durch glycosidische Bindungen zu Disacchariden oder Polysacchariden verknüpft.

Beispiele:Maltose Saccharose

O

OH

HH

OHOH

H OH

H O

H

OH

OH

H

H

CH2OH

CH2OH CH2OH

Kohlenhydrate:

Disaccharide

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5410 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5410 NTG

10 SG

Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5510 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5510 NTG

10 SG

Proteine:

Aminosäuren

Kohlenhydrate:

Polysaccharide

NH2 C H

R

CO OH Carboxygruppe

Aminogruppe Rest

Aminosäuren (2-Aminocarbonsäuren; α-Aminocarbonsäuren)allg. Schema:

Nur 20 Aminosäuren mit jeweils unterschiedlichem Rest bilden die Bausteine der Proteine („proteinogene Aminosäuren“).

Polysaccharide sind lange Ketten von glycosidisch miteinander ver-knüpften Monosacchariden. Beispiele sind:

Amylose (aus α-Glucose; spiraliges Molekül)

Cellulose (aus β-Glucose; gestrecktes Molekül)

O

CH2OH

OH

OH

HH

H

H HO

CH2OH

OH

OH

HH

O

H

H

H

O O

CH2OH

OH

OH

HH

H

H HO

CH2OH

OH

OH

HH

H

H

H

O

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Stoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5610 NTG

10 SGStoff/Teilchen Donor/Akzeptor EnergieGleichgewicht Struktur/Eigenschaften 5610 NTG

10 SG

Proteine

Proteine: Aminosäuren werden durch Peptidbindungen zu Ketten verknüpft.

• Primärstruktur: Reihenfolge der Aminosäuren (AS-Sequenz),• Sekundärstruktur: Regelmäßige geordnete Strukturen innerhalb der Aminosäurekette, die durch Wasserstoffbrücken zwischen Pep-tidgruppen stabilisiert werden: α-Helix oder β-Faltblatt.• Tertiärstruktur: Räumliche Anordnung der Helix- bzw. Faltblatt-struktur durch WW zwischen den Resten• Quartärstruktur: Räumliche Anordnung mehrerer Polypeptid-Ket-ten zu einem Gesamtprotein.


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