Chemie (Subject) / Allgemeine Chemie (Lesson)

Steop in Bachelor Chemie

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• Claus Verfahren! Schwefelhersellung aus Schwefelwasserstoff haltigem Gas. H2S wird verbrannt zu Schwefeldioxid und dann mit weiteren Schwefelwasserstoff an einem Katalysator umgesetzt. 1)  2H2S + 3O2 --> 2SO2 + 2H2O 2) 4 H2S + 2SO2 --> 3/4S8 + 4H2O 6H2S + 3O2 --250°C--> 3/4S8 + 6H2O
• Ostwald Verfahren Herstellung von Salpetersäure! Das durch die Ammoniakverbrennung gewonnene NO verbindet sich während der Abkühlung mit Sauerstoff. Dieses Gas wird mit dem überschüssigen Sauerstoff durch Rieseltürme geleitet, in denen es mit Wasser reagiert. Das NO2 disproportioniert zu HNO3 und NO. Der überschüssige Sauerstoff oxidiert das NO zu NO2. Dann wiederholt sich der Proszess 4NH3 + 5O2 -900°C-> 4NO + 6H2O Akühlen: 2NO + O2 --> 2NO2 2NO2 + H2O + 1/2O2 --> 2NO2
• Solvay Verfahren Herstellung von Soda! In einer gesättigten NAtriumchlorid-Lösung wird zuerst Ammoniak gelöst, dann Kohlendioxid eingeleitet, wobei sich Hydrogencarbonat bildet das als NaHCO3mausfällt. Dies wird durch erhitzen in Na2CO3 überführt. Zur Rückgewinnung von Ammoniak wird die Lösung der 2. Reaktion mit Calciumhydroxid versetzt.  NaCl + NH3 + CO2 + H2O -50°C-> NaHCO3 + NH4Cl |x2 2NaHCO3 -Δ-> Na2CO3 + CO2 + H2 CaCO3 -Δ-> CaO + CO2 2NH4Cl + CaO --> NH3 + H2O + CaCl2      2NaCl + CaCO3 --> Na2CO3 + CaCl2
• Haber-Bosch Verfahren Gewinnung von Ammoniak durch direkte Vereinugung der Elemente! 1. Ausgangsstoffe N2: Generatorgasverfahren  ΔH= 221 kJ/mol       4N2 + O2 + 2C --> 2CO + 4N2   CO muss entfernt werden: CO + H2O -Katalysator-> CO2 + H2 H2S musss ebenfalls entfernt werden  H2: a) Steam-Reforming         CH4 + H2O -Katalysator-> 3H2 + CO       b) Wassergasverfahren         H2O + C --> CO + H2        c) Elektrolyse von H2O 2. Synthese 3H2 + N2 -Katalysator, 200bar, 500°C-> 2NH3 Y~18%  ΔH°298= -92 kJ/mol  
• Kontakt Verfahren Herstellung von Schwefelsäure! SO2 wird durch die Verbrennug von flüssigen Schwefel erzeugt und dann katalystisch zu SO3 oxidiert. SO3 wird in H2SO4 (Dischwefelsäure)gelöst und die gebildete H2S2O7 wird mit Wasser in H2SO4 umgesetzt SO3 + H2SO4 --> H2S2O7 H2S2O7 + H2O --> 2H2SO4
• Bayer Verfahren Erhalten von Aluminiumoxid aus Bauxit! Das amphotere Aluminiumoxid kann unter Druck mit einer heißen Lösung von Natriumhydroxid in Lösung gebracht werden. Beim abkühlen und Verdünnen verschiebt sich das Gleichgewicht auf die Hydroxidseite. Reines Aluminiumhydroxid wird durch glühen des Hydroxids erhalten. Al(OH)3 + OH- -170°C->Al(OH)4-    2Al(OH)3 -1200°C-> Al2O3 + 3H2O
• VSEPR - Tabelle Bindende e- links Nicht bindende e- rechts 2,0 linear 2,3 linear 3,0 trigonal planar 2,1 gewinkelt 4,0 tetraedisch  3,1 trigonal bipyramidal 4,1 trigonal bipyramidal  3,2 T förmig 5,1 quadratisch pyramidal 4,2 quadratisch-planar 8,0 quadratisch antiprismatisch
• Erkläre "Amphoterie" am Beispiel von Aluminiumhydroxid Amphoter sind Substanzen die sowohl als Säaure als auch als Basen auftreten können. Al(OH)3 in basischen Millieu Al(OH)3 + OH- --> Al(OH)4- Al(OH)3 in sauren Millieu Al(OH)3 + 3H+ --> Al3+ + 3H2O
• Elektronenkonfiguration, Vorkommen, Isotope, Oxidationszahlen von Kohlenstoff Elekt.: [He] 2ss 2d2 Vorkommen: Elementar: Grapit; Diamant  Gebunden: tierische & pflanzliche Organismen; Spate; In der Luft und Wasser (CO2), Kohle;                         Erdöl; Carbonate Isotope        Natürliche Häufigkeit           ZA               t1/2 12C                          98,98%                      stabil              — 13C                           1,11%                       stabil              — 14C                          <10-9%                        β-                  5730a Oxidationszahlen: CO = +2 CO2 = +4 H2CO3 = +4 CS2 = +4 HCN = +2 C2H2 = -1 CaC2 =  -1
• Darstellung von hochreinem Silicium unrein: 1) SiO2 + 2C (CaC2) -> CO + Si (+Ca) 2)  a) Si + 3HCl -300°C-> HSiCl3 + H2 b) Fraktionierte Destilation c) HSiCl3 + H2 -1100°C-> Si + 3HCl => 99,9% Reinheit
• Welche Phosphormodifikationen gibt es? Weißer Phosphor: wachsweich, farblos/milchig durchscheinend, nicht Strom leitend Roter Phosphor Die Reaktivität is deutschlich geringer als vom weißen Phosphor. Weißer Phosphor -180°C-> Roter Phosphor Schwarzer Phosphor weißer Phosphor -200°C-> schwarzer Phosphor metallischer Glanz; Halbleiter; Wärmeleiter
• Reaktiongeschwindigkeitsgesetz für eine Reaktion zweiter Ordnung und Beispiel! 2NO2 --> 2 NO + O2 v = -d[A]/dt = -d[B]/dt = k * [A] * [B]
• Reaktion erster Ordnung. Gleichung + Beispiel CH3N2CH3 --> CH3CH3 + N2 thermische Zersetzung von Azomethan bei 600°C v = -d[A]/dt = k * [A]
• Erkläre Isotope Kernladungszahl = Elektronenzahl -Stellung der Elemente im Periodensystem -Chemische Eigenschaften Atome gleicher Ordnungszahl gehörendemselben Element an -Verhalten sich chemisch gleich- Können jedoch unterschiedliche Nukleonenzahl(Kernteilchenzahl = Massenzahl) haben• Man spricht von isotopen Nukliden oder Isotopen
• Erkläre Anisotope Es gibt 22 Reinelemente (Nur 1 Isotop inder Natur beobachtet)– Alle Reinelemente außer Beryllium undThorium besitzen ungerade Ordnungszahlen – Bismut, Thorium und Protactinium sindradioaktiv
• Definition der Einheit u! u = Unit 1/12 der Masse eines 12C Atoms 1u = [m(126C)]/12 = 1,6*10-27 kg
• Definition eines Mol! "Stückzahl" Die Stoffmenge die genauso viele elementare Einheiten enthält, wie 12C-Atome in 12 g Kohlenstoff-12enthalten sind 6,022*10-23mol
• Balmer-Gleichung! 1/λ = RH (1/m2 - 1/n2) • Lyman-Serie (UV) (m = 1; n = 2; 3; 4; …)• Balmer-Serie (Vis und UV) (m = 2; n = 3; 4; 5; …)• Paschen-Serie (IR) (m = 3; n = 4; 5; 6; …)• Brackett-Serie (IR) (m = 4; n = 5; 6; 7; …)• Pfund-Serie (IR) (m = 5; n = 6; 7; 8; …)
• Faktoren die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen! -Temperatur (steigende Temp = steigende Reaktionsgeschw) -Konzentration der Reaktanten -Anwsenheit eines Katalysators -Ist die Reaktion homogen? Dann erfolgt sie im Raum in dreiDimensionen. Befinden sich dieReaktanden in unterschiedlichenPhasen, so ist die Reaktion aufderen Grenzfläche beschränkt. Dann hängt die Reaktion von der Größe der Grenzfläche ab. zb Staubexplosion: Die Vergrößerung der Phasengrenzfläche bei heterogenen Reaktionen erhöt die Reaktionsgeschwindigkeit.
• Reaktionsgeschwindigkeitsgesetz v=k*[A]x*[B]y*[C]*z • x, y und z sind ganze, positive Zahlen oder 0 • Reaktionsordnung (Gesamtreaktionsordnung)= Summe der Hochzahlen x+y+z • Konstante k = Reaktionsgeschwindigkeitskonstante(für eine bestimmte Reaktion einecharakteristische Größe)
• Reaktionen nullter Ordnung! v= -d[A]/dt = -d[B]/dt = k Die Reaktion wird durch ein Enzymkatalysiert, welches pro Zeiteinheit nur eineganz bestimmte Menge an Reaktionsumsatzkatalysieren kann.Die Reaktanden A und B stehen hierzu ineinem sehr großen Überschuss.Daraus folgt: Die Reaktionsgeschwindigkeit istunabhängig von den Konzentrationen derReaktanden.
• Beschreibe kovalente Bindungen – Jeder Bindungspartner stellt je 1 Elektron fürdas bindende Elektronenpaar zur Verfügung – Acht-Elektronen-Regel (Oktett-Regel) • EdelgaskonfigurationKovalente Bindungen sind gerichtet – Eindeutige Richtung im Raum σ-Bindung (Sigma-Bindung)– Frei rotierbar– Überlappung von je 1 Orbital-Lappen– Kombinationen von u.a.δ-Bindung (Delta-Bindung)– Sehr selten– Überlappung von je 4 Orbital-Lappen π-Bindung (Pi-Bindung)– Nicht frei rotierbar– Überlappung von je 2 Orbital-Lappen φ-Bindung (Phi-Bindung)– Sehr sehr selten– Überlappung von je 6 Orbital-Lappen Parameter Bindung                      Bindungslänge             Bindungsenthalpie C-C                                   154                                  348 C≡C                                  120                                  839 Je höher die Bindungsordnung: deste kleiner die Bindungslänge/größer die Bindungsenthalpie
• Ionenbindung – Bildet sich zwischen Atomen mit starkunterschiedlichen Elektronegativitäten aus• z.B.: NaCl; MgBr; CaF – Ist eine ungerichtete Bindung• Atome ordnen sich in regelmäßigem Ionengitter an – Beruht auf elektrostatischer Anziehung desIonenpaars (Monopol-Monopol)
• Wasserstoffbrückenbindungen – Dipole können in Wechselwirkung miteinander treten– Besonders stark bei Molekülen mit O−H- und N−H-Bindungen– Wasserstoffbrückenbindungen können als intermolekulareKräfte Schmelzpunkte und Siedepunkte erhöhen Bild. Teil 9 Seite 43
• Koordinative Bindung – Das bindende Elektronenpaar stammt nur von einem der beidenBindungspartner (Donor)– Akzeptor benötigt leere Orbitale (freie Koordinationsstellen)– Charakteristisch für die meisten Metallkomplexe Cu2+ + NH3 <=H2O=> [Cu(NH3)4]2+
• Orbitale und deren Form s - Orbital Kugelförig p - Orbital Hantelförmig d - Orbital Kleeblattförmig f - Orbital Rosettenförmig
• Van der Waals Kräfte Attraktive oder repulsive Kräfte – Rühren nicht aus kovalenten Bindungen oder elektrostatischerAnziehung her– Energie < 10 kJ mol−1 (2 kcal mol−1) Lassen sich in 3 Gruppen einteilen – Dipol–Dipol (Keesom-Kräfte)• z.B.: H−Cl···H−Cl– Dipol–induzierter-Dipol (Debye-Kräfte)• z.B.: Cl−H···Ar– Induzierter-Dipol–induzierter-Dipol (London-Kräfte)• z.B.: He···He
• Schrägbeziehungen (Fajanssche) Grund: ähnliche Ladungsdichte der Ionen Zum Beispiel:- Li und Mg bilden Nitride- Li2CO3 und MgCO3 zersetzen sich leicht beim Erhitzen- Li+ und Mg2+ sind in wässriger Lösung stärker hydratisiert als die höheren Homologen- LiF und MgF2 sind in H2O schlecht löslich- usw.
• Downs - Verfahren Kathode: 2 Na+ + 2 e –> 2 Na (l) Anode: 2 Cl –> Cl2(g) + 2 e – gesamt: 2 Na+ + 2 Cl –> 2 Na (l) + Cl2(g)
• Kohlenstoff Vorkommen elementar Diamant, Graphit Carbonate CaCO3 Kalkstein, Marmor, KreideMgCO3 MagnesitCaCO3.MgCO3 Dolomitdiverse „Spate“ ErdölKohle (Anthrazit ~ 91 % C,Steinkohle ~ 85 % C,Braunkohle ~ 70 % C, ... )CO2(in Luft und Wasser) in tierischen und pflanzlichen Organismen
• Kohlenstoff Modifikationen Diamant                                                                 Graphit sp3-hybridisiert                                                       sp2-hybridisiert hart (Mohshärte 10)                                                weichdurchsichtig                                                            undurchsichtig/schwarzIsolator                                                                  rel. guter elekt. Leiterp = 3,51 g·cm-3                                                        p = 2,27 g·cm-3
• Kohlenstoff Modifikationen Diamant                                                                 Graphit sp3-hybridisiert                                                       sp2-hybridisiert hart (Mohshärte 10)                                                weichdurchsichtig                                                            undurchsichtig/schwarzIsolator                                                                  rel. guter elekt. Leiterp = 3,51 g·cm-3                                                        p = 2,27 g·cm-3
• Stickstoff Darstellung Darstellung:Technisch durch fraktionierte Destillation von flüssiger Luft(ca. 100 Mio t pro Jahr) Im Labor z.B. durch thermische Zersetzung von NaN3(300°C) oder durch Erwärmen von konz. NH4NO2-Lösung (70°C):NH4NO2 -> N2+ 2 H2O
• Stickstoff Wasserstoff Verbindungen • NH3 Ammoniak• N2H4 = H2N-NH2 Hydrazin• NH2OH Hydroxylamin• HN3 Stickstoffwasserstoffsäure
• Stickstoff Wasserstoff Verbindungen • NH3 Ammoniak• N2H4 = H2N-NH2 (Strich über den N)Hydrazin• NH2OH Hydroxylamin• HN3 Stickstoffwasserstoffsäure

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