Chemie (Fach) / Grundlagen (Lektion)

Grundlagen

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• Was ist Chemie ? Chemie ist die Lehre von den Stoffen und den Stoffänderungen. Chemie ist eine exakte Naturwissenschaft, d.h. Die Fragestellungen werden durch Experimente und Messungen gelöst.
• Was sind subatomare Teilchen ? Nenne Namen, Symbol, Masse und Ladung. Diese subatomare Teilchen sind die Bausteine der Atome: Name                      Symbol                   Masse                   LadungNeutron                       n0                      Etwa 1u                      0Proton                         p+                      Etwa 1u                    +eElektron                      e-                       Etwa 0,0005u            -e
• Wofür steht "u" ? Wie wird es definiert ? u = atomare Masseneinheit Definition: 1/12 der Masse eines Atoms des Nuklids Kohlenstoff - 12.
• Wieviel wiegt ein u in kg ? 1,66*10-27kg
• Wofür steht +e/-e ? +e/-e ist die elektrische Elementarladung. 1,6*10-19C   ( C = Coulomb )
• Was sind Atome ? Woraus bestehen Atome ? Wie sind Atome geladen und wieso ? Atome sind die Grundbausteine aller Stoffe. Atome bestehen aus einem Kern und einer Hülle. Der Kern enthält Nukleonen ( Neutronen + Protonen ) und macht praktisch die gesamte Masse des Atoms aus. Die Hülle enthält Elektronen und macht praktisch das ganze Volumen des Atoms aus. Im Kern gibt es genauso viele Protonen, wie Elektronen in der Hülle. Somit sind Atome ungeladene Teilchen.
• Was besagt die Ordnungszahl ? Die Anzahl der Protonen in einem Atomkern bezeichnet man als Ordnungszahl ( OZ ) oder Kerladungszahl. Atome mit derselben Ordnungszahl gehören zum selben Element. Im PSE sind die Elemente nach steigender OZ angeordnet.
• Was ist die Massenzahl ? Die Gesamtzahl der Nukleonen werden als Massenzahl ( MZ ) bezeichnet.
• Was ist ein Nuklid ? Ist von einem Atom, sowohl die Massenzahl, als auch die Ordnungszahl bekannt, bezeichnet man es als Nuklid ( = Atomsorte ). Sprich: Von einem Nuklid ist die Anzahl aller seiner subatomaren Teilchen bekannt. OZ = Protonenzahl = Elektronenzahl MZ - OZ = Anzahl der Neutronen
• Was haben alle Atome eines Elements gemeinsam ? Chemische Elemente werden durch die OZ, nicht durch die MZ definiert.  D.h.: Atome desselben Elements haben dieselbe Anzahl an Protonen im Kern.
• Was sind Isotope ? Von einem chemischen Element können verschiedene Nuklide existieren. Unterschiedliche Nuklide eines Element bezeichnet man als Isotope. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Die Kerne der Atome eines Elements können sich in der Zahl der Neutronen unterscheiden. Man bezeichnet diese unterschiedlichen Atome eines Elements als Isotope.
• Was sind Reinelemente ? Was sind Mischelemente ? Existiert von einem Element nur eine Nuklidart ( d.h. alle Atome sind identisch ) so bezeichnet man es als Reinelement. Gibt es für ein Element, jedoch verschiedenen Nuklidarten, so bezeichnet man es als Mischelement.
• Was bedeutet radioaktiv ? Welche Elemente sind radioaktiv ? Es gibt stabile und instabile Nuklide. Instabile Nuklide sind radioaktiv, d.h. nach bestimmter Zeit zerfällt der Kern, unter Bildung eines neuen Kerns und Ausstrahlung sogenannter Kernstrahlung. Elemente, von denen es keine stabilen Nuklide gibt, bezeichnet man als radioaktive Elemente. Im PSE: Elemente ab der OZ ( einschließlich ) 84 sind alle radioaktiv. Davor sind nur zwei Elemente radioaktiv ( Technetium und Promethium ). Es gibt natürlich und künstlich ( durch Kernreaktion ) hergestelle radioaktive Nuklide.
• Atommasse Bei Reinelementen entspricht die Atommasse der Masse des einzigen Nuklids. Bei Mischelementen entspricht die Atommasse der mittleren Masse aller Atome des entsprechenden Elements, unter Berücksichtigung der Häufigkeit der Isotope.
• Unterscheid: Atommasse - Massenzahl Atommasse = mittlere Masse aller Atome des entsprechenden Elements, unter Berücksichtigung der Häufigkeit der Isotope bzw. Masse des einzigen Nuklids; Einheit unit ; wird in Dezimalzahlen angegeben Massenzahl = Anzahl Nukleonen ; keine Einheit ; wird ganzzahlig angegeben
• Periodensystem der Elemente ( PSE ): Perioden und Gruppen Zeilen = Perioden: Elemente derselben Periode haben dieselbe Anzahl an Elektronenschalen Spalten =  ( Haupt- und Neben- ) Gruppen: Elemente derselben hauptgruppe haben dieselbe Anzahl an Valenzelektronen ( Ausnahme: Helium ); Elemente derselben Gruppe haben i.d.R. ähnliche chemische Eigenschaften.
• Hauptgruppen - Namen 1. Alkalimetalle 2. Erdalkalimetalle 3. Borgruppe 4. Kohlenstoffgruppe 5. Stickstoffgruppe 6. Sauerstoffgruppe 7. Halogene 8. Edelgase
• Woraus bestehen Stoffe ? Wie unterscheiden sie sich ? Stoffe bestehen aus ( Stoff- ) Teilchen und unterscheiden sich durch chemisch - physikalische Eigenschaften ( z.B. Schmelztemperatur, Dichte, Härte, Kristallstruktur.... )
• Was erforscht die Physik ? Die Physik erforscht die Zustände und Zustandsänderungen von Körpern.
• Chemische Vorgänge Chemische Vorgäng oder auch Reaktionen formen aus Ausgangsstoffen ( Edukten ) neue Stoffe ( Produkte ). Chemische Vorgänge sind Stoffumwandlungen. Allgemein werden bei chemischen Vorgänge nur die äußeren Bereiche eines Atoms verändert. Speziell bei chemischen Reaktionen von Atomen der Hauptgruppenelemente werden nur die Außenschalen verändert.
• Physikalische Vorgänge Physikalische Vorgänge verändern die äußere Form oder den Aggregatzustand ( fest, flüssig, gasförmig ), aber nicht den stofflichen Aufbau. ( Ausnahme: Kernphysikalische Vorgänge ) Physikalische Vorgänge sind Zustandsänderungen.
• ( Stoff- ) Gemische ( Stoff- ) Gemische können durch physikalische Trennverfahren in seine Bestandteile                   ( Reinstoffe ) aufgetrennt werden.
• Reinstoffe Ein Reinstoff ist nicht mit anderen Elementen vermischt. Bei gleichbleibenden äußeren Bedingungen ( Druck, Temperatur.. ) besitzen Reinstoffe immer die gleichen Eigenschaften         ( Siedepunkt, Dichte... ).
• Element ( -artstoff ) Element ( -artstoff ): enthält nur Atome mit gleicher OZ; durch chemische Methoden nicht zerlegbar.  
• Chemische Verbindungen Chemische Verbindungen enthalten Atome verschiedener OZ; sind durch chemische Methoden zerlegbar.  Arten von chemischen Bindungen: Metallbindung ( Metall - Metall ) Ionenbindung ( Metall - Nichtmetall ) Kovalente Bindung ( Nichtmetall - Nichtmetall )
• Welche Gruppen von Elementarstoffen gibt es ? Es gibt drei Gruppen von Elementarstoffen: Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle
• Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle gehören zur Gruppe der .... ? Elementarstoffe
• Metallische Stoffe - Eigenschaften Metallische Stoffe Eigenschaften: Lichtundurchlässig; guter Leiter für elektrischen Strom und Wärme; bei sauberer Oberfläsche = charakteristischen Metallglanz ( Nichtmetalle verfügen nicht über diese Eigenschaften )
• Metallische Stoffe - Aufeilung Metallische Stoffe: elementare Metalle ( Eisen..) gg. Legierungen ( Stahl.. ) Elementare Metalle: Bei Raumtemperatur = fest ( Ausnahme: Quecksilber ist bei Raumtemperatur flüssig ) Legierungen: metallische Stoffe, bestehend aus mehr als einem Element ( können in kleinen Anteilen auch Nichtmetalle enthalten ). Legierungen sind keine chemischen Verbindungen, sondern Mischkristalle mit metallischem Charakter. Metallische Werkstoffe sind praktisch immer Legierungen. 
• Klassifizierung Metalle edle gg unedle Metalle: unedle Metalle unterliegen mehr oder weniger der Korrosion ( durch Oxidation verursachte Zerstörung von Metall ); edle Metalle sind ziemlich Korrosionsbeständig. duktile gg spröde Metalle: duktil ( plastisch verformbar ) , spröde ( Risse entstehen relativ schnell und das Metall bricht ) Hart- gg Weichmetall,       hoch- gg niedrigschmelzend,  Leicht- gg Schwermetalle ( Grenze:Dichte 5kg/L )
• Das BOHRsche Atommodell Die Elektronen in der Atomhülle bewegen sich nicht irgendwo um den positiv geladenen Kern herum, sondern auf ganz bestimmten Bahnen ( Quantenbahnen oder Schalen ). Je weiter außen die Schalen liegen, desto mehr Elektronen haben dort Platz und, desto schwächer sind die Elektronen an dern Kern gebunden. Schalen von innen nach außen - max. Anzahl e- : K-2, L-8, M-18, N-32, O-50, P-72, Q-98. Das BOHRsche Modell ist überholt und wurde durch das Orbitalmodell abgelöst.
• Elektronenkonfiguration Die Elektronenkonfiguration zeigt die genaue Verteilung der Elektronen auf den Schalen/ Orbitale der Atomhülle.
• PSE - Elektronen Atome der Elemente der n- Periode haben n Elektronenschalen. Atome der m- Hauptgruppe haben m Valenzelektronen ( Ausnahme: Helium ).
• Was sind Valenzelektronen ? Elektronen in der äußersten Schale eines Atoms
• Was ist der Atomrumpf ? Atomkern + innere Schalen
• Oktettregel / Edelgaskonfiguration + Begründung Jedes Atom der Hauptgruppenelemente ab der zweiten Periode strebt nach der Edelgaskonfiguration ( vollbesetze Außenschale/ acht Außenelektronen ) durch Elektronenaufnahme oder -abgabe. Edelgase sind chemisch inert ( reaktionsträge ). Folglich müssen die Außenschalen der Edelgasatome einem beständigen Zustand entsprechen. Die Außenschale der Edelgase enthält immer acht Elektronen ( Ausnahme: Helium ).
• Elektronennegativität: Definition, Wertebereich, Bsp. NaCl ( Na 0,9; Cl 3,2 ) Elektronegativität ( EN oder χ ( „chi“ ) ) ist ein Maß für die Tendenz einer Atomart, seine Valenzelektronen anzuziehen: je größer der EN- Wert, desto stärker die Anziehungskraft zwischen den Valenzelektronen (-) und dem Atomrumpf (+). Die EN nimmt im PSE von rechts oben nach links unten hin ab. Differenz der EN gibt Art der Verbindung an ( 0 ≤ EN ≤ 0,4 → unpolare Atombindung; 0,5≤EN≤1,7 → polare Atombindung; 1,7<EN → Ionenbindung ) Bsp. Natriumchlorid ( Bei der Rechnung muss der Minuend größer als der Subtrahend sein, da Differenz immer positiv sein soll ) χ Cl - χ Na = 3,2 – 0,9 = 2,3 > 1,7 → Ionenbindung. 
• Wie nennt man geladene Stoffteilchen ( +e, -e, Metalle, einatomige Nichtmetalle ) Geladene Stoffteilchen nennt man Ionen. Positiv geladene Stoffteilchen nennt man Kationen, negativ geladene Stoffteilchen nennt man Anionen. Metallkationen heißen genauso, wie die Metalle ( Natrium- Ion, Blei- Ion... ). Namen einatomiger Nichtmetallanionen enden auf „-id“ ( Iodid-Ion, Fluorid-Ion, Phosphid-Ion, Sulfid-Ion...). Von Wasserstoff gibt es auch ein Kation H+, es heißt Proton. 
• Was sind Ionenbindungen ? Eine Bindung, die zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Ionen entsteht, nennt man Ionenbindung. Ionenbindungen beruhen auf Anziehungskräften zwischen positiven und negativen Ladungen. Man nennt das auch eletrostatische Anziehung.
• Was sind Ionenverbindungen ? Die entgegengesetzt geladenen Ionen samt Ionenbindung nennt man Ionenverbindung. Ionenverbindungen liegen in Kristallgitter vor.
• Was sind Salze ? Wie sind sie geladen ? Schreibweise ? Ionenverbindungen sind Salze. Salze bestehen aus Ionen und werden durch Ionenbindungen zusammengehalten. Salze sind Verbindungen aus Kationen und Anionen, deren Ladung sich gemeinsam wieder ausgleichen. Verbindungen eines Hauptgruppenelements und eines nichtmetallischen Elements sind immer Salze. Schreibweise von Salzformeln: erst Kationen, dann Anionen.
• Salze - Eigenschaften hohe Schmelztemperatur nicht verformbar, sondern spröde leiten elektrischen Strom
• Atombindung: Erklärung - Synonyme - Elektronenpaare Bei Atombindungen werden Elektronen geteilt ( anders als bei Ionenverbindungen, wo ein geben und nehmen herrscht ). Zusammenhalt von Nichtmetall - Atomen durch gemeinsame Elektronenpaare in Molekülen.  ( Es existieren Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen ) Atombindung = Elektronenpaarbindung = kovalente Bindung Bindende Elektronenpaare: gehören beiden beteiligten Atomen gemeinsam; bewirken Bindung; werden durch Striche zwischen den zwei Atomen symbolisiert Freie Elektronenpaare: nicht-bindende Elektronenpaare in der Valenzschale; werden durch Striche am jeweiligen Atomsymbol symbolisiert
• Was sind Moleküle ? Moleküle sind elektrisch neutrale Stoffteilchen, deren Atome durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden.
• Metallbindung - Erklärung Zusammenhalt der Atomrümpfe durch das Elektronengas in Metallen.
• Molekularverbindungen Verbindungen mehrerer nichtmetallischer Elemente.
• Was sind Orbitale ? Orbitalmodell - Grundgedanke Orbitale sind Räume, in denen sich Elektronen mit einer Wahrscheinlichkeit von 90% aufhalten. Grundgedanke: Die Untergliederung der Energiestufen, mit dem Ziel einer genaueren Beschreibung von Aufenthaltsräumen der Elektronen in der Atomhülle
• Orbitalmodell - Eigenschaften Im Orbital gibt es vier Quantenzahlen ( Eigenschaften ) → Hauptquantenzahl n → Energieniveau ( je höher n ist, desto höher das Energieniveau ) → bezeichnet die Schale, zu der ein Elektron gehört → Nebenquantenzahl l → räumliche Form → Magnetquantenzahl m → räumliche Ausrichtung → Spinquantenzahl s → Eigenrotation
• Pauli- Prinzip Zwei Elektronen haben unterschiedlichen ( antiparallelen ) Spin. 
• Hundsche Regel Orbitale immer zuerst einzeln besetzen! Dabei haben die Elektronen den gleichen Spin.               ( Energieniveaudiagramm / Kästschenschema )

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