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Chemie (Fach) / chemie 1+2 (Lektion)

Diese Lektion wurde von braunejane erstellt.

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• Was ist ein Mol? Anzahl der Einzelteilchen in exakt 12 g des Atoms 12C, anders ausgedrückt haben 12 g 12C genau 1 Mol Atome Die teilchenzahl pro ein mol stoffmenge beträgt 6,0221 x 10°23 (avogadro konstante)
• Was ist ordnungszahl, Massezahl, atommassse und ein isotop Ordnungszahl: Anzahl der Protonen im Atomkern, Kernladungszahl• Massenzahl: Anzahl der Protonen und Neutronen (=Nukleonen)• Atommasse: Masse eines Atoms, bezogen auf eine Skala, bei der die Masse des Atoms 12C 12 u beträgt. Bei Elementen mit versch. Isotopen wird die mittlere Masse des Isotopengemisches angegeben.• Isotop: Atom mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Massenzahl (d.h. unterschiedliche Anzahl an Neutronen)
• Chemische Bindungstypen und EN Primärbindungen: Ionenbindung, atombindung (molekühlbindung, kovalente Bindung), Metallbindung Sekundärbindung: Wasserstoffbrückenbindung, dipol-dipol-wechselwirkungen, van der waals bindung  0-0.3 EN Atombindung bsp H2,n2,cl2,CH 0.4-1.7  polarisierte Atombindung   HF größer 1.7   Ionenbindung     LiF
• Was ist Hybridisierung  Orbitale mit verschiedener Nebenquantenzahl gleichen sich an und bilden energetisch gleichwertige Hybridorbitale, die sich regelmäßig im Raum anordnen  d.h. Verschmelzung von 2s- mit 2p-Orbitalen zu sp3, sp2 oder sp-HybridOrbitalen  Hybridisierung ist ein Modell für die Veranschaulichung der organischen Chemiesp3: Tetraeder (Methan, Ethan, Diamant, Winkel 109,5°)sp2: trigonal-planar, d.h. Dreieck (Graphit, Ethen, Winkel 120°) sp: lineare Struktur (CO2, Ethin, Winkel 180
• Reaktionssenthalpie Energien, die sich auf Messungen unter konstantem Druck beziehen, heißen Enthalpien. Die Reaktionswärme heißt deshalb genauer „Reaktionsenthalpie“. Die Reaktionsenthalpie ΔH gibt die Änderung der Enthalpie im Verlauf einer Reaktion an, also den Energieumsatz einer bei konstantem Druck durchgeführten Reaktion. Die Reaktionsenthalpie ist immer die Differenz der Enthalpien der Produkte und der Edukte. ΔH = ∑H(Produkte) – ∑H(Edukte) ∆H positiv: endotherme Reaktion, ∆H negativ: exotherme Reaktion  Standardbildungsenthalpien: ∆H0 H2O (l): - 285,83 kJ/mol       ∆H0 CO (g): - 110,53 kJ/mol       ∆H0 CO2 (g): - 393,51 kJ/mol A) Endotherme Reaktionen werden durch Senken der Umgebungstemperatur behindert („Gesetz des kleinsten Zwangs“). B) Durch Erhöhung des Druckes wird das Gleichgewicht ebenfalls nach links verschoben, da sich Wasser auf Grund seiner wesentlich höheren Dichte als Gas dem äußeren Druck besser beugen kann.
• Kohle und Wasserdampf können zu Kohlenmonoxid und Wasserstoff reagieren. Die Reaktionsenthalpie ΔH dieser Reaktion ist 130,8 kJ/mol, die Reaktionsentropie ΔS 134 J/(mol*K). Läuft diese Reaktion bei 750 °C ab? Begründen Sie Ihre Antwort und schreiben sie die notwendigen Gleichungen auf! C  +  H2O  →  CO  +  H2   ΔH  =  130,8 kJ/mol  ΔS  =  134 J/(mol * K) = 0,134 kJ/(mol * K)       T  =  750 + 273,15 = 1023,15 K  ΔG  =  ΔH  -  T * ΔS  =  = 130,8 kJ/mol – 1023,15 K * 0,134 kJ/(mol * K) = - 6,3021 kJ/mol    Die Reaktion läuft freiwillig ab, da ΔG negativ ist!
• Massenwirkungsgesetz für allg Reaktion Wie und warum wirkt sich bei erhöhung der temperature bw des druckes auf dei lage des gleichgewichts aus? a*A+b*B   -- c*C+d*D lautet    Kc = ?^?(?)∙?^?(?): ?^^?(?)∙?^?(B) Kc füt die konzentraion und Kp für den Partialdruck für den stoffmengenanteil Bei höhere temperatur weniger podukt da exotherme reaktion bei höherem druck: Mehr produkt, da hinreaktion unter volumen abnahme: 3 mol edukt gas nur 2 mol produkt gas
• pH Wert Der pH-Wert ist ein Maß für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer wässrigen Lösung. Er ist als negativer dekadischer Logarithmus (= „Zehnerlogarithmus“) des Zahlenwertes der Hydroxoniumionenkonzentration (H3O+-Konzentration) (genauer der H3O+-Aktivität) definiert. Da Logarithmen nur von reinen Zahlen gebildet werden können, muss die in mol/l angegebene Konzentration durch die Standardkonzentration 1 mol/l dividiert werden.    Es ist aber üblich, vereinfachend folgende Formel zu schreiben:  pH = -lg [H3O+]  Die Skala vom pH-Wert reicht von 0-14: pH < 7 entspricht einer Lösung mit saurer Wirkung pH = 7 entspricht absolut reinem Wasser oder einer neutralen Lösung pH > 7 entspricht einer alkalischen Lösung (basische Wirkung)   
• Definition Oxidation und Reduktion und beispiel Oxidation:  Sauerstoffaufnahme  Elektronenabgabe  Erhöhung der Oxidationszahl Reduktion:  Sauerstoffabgabe  Elektronenaufnahme  Erniedrigung der Oxidationszahl    H2 + Cl2      2 HCl  H2        2 H+ +   2e-  Oxidation Cl2   + 2 e-    2 Cl-    Reduktion  2 H+  +  2 Cl-    2 HCl    Redo
• Komproportionierung + beispiel Eine Komproportionierung (auch Synproportionierung genannt) ist ein Spezialfall einer Redoxreaktion. Bei der Komproportionierung wird durch gleichzeitige Reduktion und Oxidation aus einer höheren und einer niedrigeren Oxidationsstufe zweier Atome des gleichen Elements eine dazwischen liegende Oxidationsstufe gebildet.  Ein Beispiel für die Komproportionierung ist die endotherme Reaktion der Iodatometrie, bei der in saurer Lösung Iodat (IO3-, Oxidationstufe von I ist +V) reduziert und gleichzeitig Iodid (I-, Oxidationstufe -I) oxidiert wird. Als Produkt liegt Iod  (I2, Oxidationsstufe ±0) vor. I O3- + 5I- + 6H3O+   ---  3I2  + 9H2O Ein weiteres Beispiel für die Komproportionierung stellt die Reaktion von Schwefelsäure (H2SO4, Oxidationstufe von S ist +VI) mit Schwefelwasserstoff (H2S, Oxidationstufe von S ist -II) zu Schwefel (S, Oxidationsstufe ±0) und Wasser (exotherme Reaktion) dar:
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• Beschreiben Sie die drei Grundtypen der chemischen Bindung (sog. Primärbindungen) möglichst detailliert und anhand von geeigneten Beispielen onenbindung Diese Bindung resultiert aus der elektrostatischen Anziehung positiv und negativ geladener Ionen.  Die Atome streben durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen danach, für ihre äußerste besetzte Elektronenschale die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Dies wird entweder durch Elektronenabgabe seitens der Elemente mit geringerer Elektronegativität erreicht (links im PSE), wobei einfach oder auch mehrfach positiv geladene Kationen entstehen, oder im anderen Fall durch Elektronenaufnahme seitens der Elemente mit höherer Elektronegativität und dadurch hoher Elektronenaffinität (im PSE rechts stehende Elemente). Dabei entstehen einfach oder mehrfach negativ geladene Anionen. Ab einer Elektronegativitätsdifferenz von circa ΔEN > 1,7 spricht man dann von einer Ionenbindung.  Die Ionenbindung findet man somit oft zwischen Metall und Nichtmetall wie z. B. bei Natriumchlorid (NaCl). Durch elektrostatische Anziehung werden positive Kationen (z. B. Na+) und negative Anionen (z. B. Cl-) zusammengehalten Atombindung (unpolar bzw. polarisiert) Bei der Atombindung (auch kovalente Bindung, Molekülbindung, Elektronenpaarbindung oder homöopolare Bindung genannt) wird zwischen der unpolaren und der polarisierten Atombindung unterschieden.  Die unpolare Atombindung entsteht durch Bildung gemeinsamer Elektronenpaare zwischen Atomen mit keiner oder geringer Differenz der Elektronegativität (ΔEN = 0 - 0,3).  Durch die Bildung gemeinsamer Elektronenpaare (eines oder mehrere) wird die gegenseitige Abstoßung der positiv geladenen Atomkerne verhindert. Das gemeinsame Elektronenpaar „gehört" beiden Bindungspartnern und verteilt sich symmetrisch auf einer gedachten Achse zwischen den Atomkernen. Dadurch erfüllen die an der Bindung beteiligten Atome die „Oktettregel". Energetisch erreichen beide Bindungspartner einen niedrigeren Energiezustand als jeder Partner alleine mit einem ungepaarten Elektron. Polarisierte Atombindungen sind chemische Bindungen, bei denen die beteiligten Atome infolge ihrer unterschiedlichen Elektronegativität Teilladungen tragen. Die Differenz ist jedoch nicht groß genug, dass eine reine Ionenbindung entsteht. Das In einem Bereich von 0,4 < ΔEN ≤ 1,7 kommt es zu keinem Elektronenübergang und man spricht von einer polarisierten Elektronenpaarbindung. Als Beispiel einer (polarisierten) Atombindung kann Wasser (H2O) genannt werden: Sauerstoff (6 Valenzelektronen, EN = 3,5) bindet zwei Wasserstoffatome (EN = 2,2) kovalent und erfüllt so die Oktettregel.  Metallische Bindung Da die Außenelektronen der Metalle nur schwach gebunden sind, können sie sich relativ leicht vom Atom lösen. Das Metallgitter besteht nun aus positiv geladenen Metall-Ionen, den sogenannten Atomrümpfen, welche jeweils die Rumpfladung tragen. Die abgegebenen Außenelektronen sind nicht mehr einem einzelnen Atom zugeordnet und können sich innerhalb des Gitters nahezu frei bewegen (delokalisierte Valenzelektronen). Dies bewirkt die gute elektrische Leitfähigkeit von Metallen. Diese sich zwischen den Atomrümpfen im metallischen Festkörper frei bewegenden Elektronen bezeichnet man auch als Elektronengas oder Elektronengaswolke Die Metallbindung finden wir somit in reinen Metallen (wie z. B. Zink (Zn)) oder in Legierungen (wie z. B. Messing (Cu/Zn)).
• Machen Sie eine Aussage über die Reaktionsfreudigkeit folgender Verbindungen: Cyclopropan, Cyclobutan, Cyclopentan, Cyclohexan. Die Stabilität von Verbindungen ist antiproportional zu ihrem Energieinhalt. Bindungswinkel, die vom gewöhnlichen (109,5° Tetraederform) stark abweichen, bedeuten einen erhöhten Energieinhalt.  Cyclopropan (60°, planare Struktur) und Cyclobutan (88,5°, nicht planar, um 26° aus der Ebene gefaltet) sind demnach sehr reaktionsfreudige Gase. Cyclopentan (104,4°, nicht planar, „Briefumschlag“- bzw. „Halbsessel“-Konformation) und Cyclohexan (111,4°, nicht planar, „Sessel“- bzw. „Wannen“-Konformation) recht beständige Flüssigkeiten. Die Siedepunkte der vier Substanzen sind: -33°C, -12,5°C, 49°C und 81°C.
• was versteht man unter einer radikalen substitution Wird ein Atom eines Elements durch ein Atom eines anderen Elements ersetz, welches als Radikal mit dem Molekül in Kontakt tritt. Bei diesem Radikal handelt es sich um ein Atom mit mindestens einem ungepaarten Elektron. Aufgrund dieses ungepaarten Elektrons ist solch ein Atom besonders reaktionsfreudig.  Cl wird als estes mit Hilfe von Lichtenergie in 2 homolytische radikale gespalten.Im zweiten Schritt reagiert das Chlorradikal mit Methan und es entset Methylradikal und HCl Bei der praktischen Durchführung dieser Reaktion kommt es in der Regel immer zur Mehrfachsubstitution. Das entstandene Produkt Chlormethan (CH3Cl) ist in der radikalischen Substitution ähnlich reaktiv wie Metha
• was ist die elektrophile addition? Reaktionsmechanismus, bei dem aus einem Alken ein Alkan wird, wobei sich die Doppelbindung zu einer Einfachbindung wandelt und dabei ein weiterer Stoff in das Molekül integriert wird.  Ein als Elektrophil agierendes Teilchen hat das Bestreben sich an die π-Elektronenwolke der Doppelbindung eines ungesättigten Kohlenwasserstoffes anzulagern und diese aufzutrennen. Das Teilchen wird zu dem Molekül „hinzuaddier Annäherung des Elektrophils und Polarisation.  Heterolytische Spaltung des Elektrophils in zwei verschieden geladene Ionen. Anlagerung des Kations an die π-Elektronen-Wolke und Bildung eines π-Komplexes (elektrophiler Angriff).  Auflösen der Doppelbindung und Bildung eines positiv geladenen Ions (in diesem Fall ein Carbeniumion).  Nucleophiler Rückseitenangriff des verbliebenen Anions (agiert als Nucleophil).  Auf vergleichbare Weise reagieren auch andere polarisierbare Moleküle wie zum Beispiel HBr oder H2O mit ungesättigten Kohlenwasserstoffen.  
• was versteht man unter einem Induktive Effekt? und beispiel Elektronen aus einer kovalenten Verbindung heraus zu ziehen oder rein zu stecken. Das bindenende Elektronenpaar wird stärker zu dem Elektronegativeren Atom heran gezogen. Dabei übt das Elektronegativere Atom einen -I Effekt aus und zieht die Elektronen stärker an sich. Elektronendichte verringert sich bei dem partner. Bei einem +I Effekt werden die Elektronen weg gezogen und die Elektronendichte des anderen Atoms vergrößert sich. -I Effekt: NO2, OH, COOH, NH2, -NO2, CHO, OR, Br, Cl, F, I +I  Akylreste, und C(CH3)2, CH3 , CR3, Metalle,
• was versteht man unter einer nukleophilen substiution ein nukleophil in form einer lewis base reagiert (elektronenpaaredonato=abgabe) mit iener organische vebidnung vom typ R-X (Alkyl oder arylrest) und einer X heteroatom. Heteroatom wird durch das Nukleophil ersetzt
• Mesomere Effekt und Bsp Substituenten üben eine Mesomere effekt aus, wenn sie am Mesomeren Systems eines Moleküls beteiligt sind. ( Bindungsverhältnisse in einem Molekül können nur durch mehrere Grenzformeln (Mesomerie) dargestellt werden.  +M Ein substituent, der ein elektronenpaar für die mesomerie freigestellt hat, übt einen +M effekt aus- Elektronendichte des Mesomeren Systems erhöht sich, elektrophile zweitsubstitution wird begünstigt. O-  , NH2 , NR2, OH, Br, F, Cl, I -M Ein Substituent mit einer Zweifach-Mehrfachbindung kann dem Mesomeren System ein Elektronenpaar entziehen und übt damit einen -M effekt aus. Elektronendichte des Mesomeren Systems verringert sich  COOR, COOH, NO2, NH3+
• Welche Funktionelle gruppe haben aldehyde? Wie entstehen sie? Ketone  Bei der Oxidation eines primären Alkohols entsteht ein Aldehyd: CHO und dann rest Ketone: Oxidation eines sekundären alkohols. CO und 2 reste
• Was sind Fettsäuren? Fettsäuren sind unverzweigte Monocarbonsäuren (R – COOH) mit mindestens vier Kohlenstoffatomen. Aliphatisce Carbonsäure (R-COOH) mit unverzweigter C-Kette  größer 4 C Atome mit Doppelbindung =ungesättigte Fettsäure Buttersäure=Butansäure
• Was klassifiziert eine Seife und worauf beruht ihre Waschwirkung Seife ist ein Salz der Fettsäure. Als amphiphiler Stoff besitzt eine Seife sowohl einen polaren Teil (die Carboxygruppe), als auch einen unpolaren, die Kohlenwasserstoffkette.  Die Waschwirkung einer Seife beruht darauf, dass durch diesen amphiphilen Charakter der Seife das Wasser besser an den hydrophoben Schmutz wie z.B. Fette und Öle herangeführt wird.
• Was ist eine Aminosäure? Wie reagiert sie in wasser? Aminosäure ist eine organisch verbindung mit mindestens 2 C atomen einer Carboxygruppe ( COOH) und einer Amidgruppe (NH2) Die Stellung der Aminogruppe zur Carboxygruppe teilt die Klasse der Aminosäuren in Gruppen auf. Die wichtigsten Aminosäuren haben eine endständige Carboxygruppe und in direkter Nachbarschaft die Aminogrupp  In Wasser liegen Aminosäuren als Zwitterionen vor, d. h. die Aminogruppe ist protoniert und die Carboxygruppe deprotoniert.  Diese Eigenschaft führt zu der in der Regel guten Löslichkeit von Aminosäuren in Wasser
• Was ist ein Kunststoff (Polymer)? Kunststoffe (umgangssprachlich Plastik) sind organische, polymere Festkörper, die künstlich (synthetisch) aus monomeren organischen Molekülen oder Biopolymeren hergestellt wurden und natürliche Materialien ersetzen können. Unterschieden wird dabei zwischen drei großen Gruppen:  1. Thermoplaste (hart bis weich, verformbar und schmelzbar, z.B. PET-Flasche, Joghurtbecher),  2. Duroplaste (engvernetzt: starre Molekülstruktur, daher hart, spröde, nicht verformbar, und nicht schmelzbar, z.B. Kunstharze, Bremsbeläge) und  3. Elastomere (lose vernetzt: hohe molekulare Beweglichkeit, daher weich, elastisch, reversibel verformbar, und nicht schmelzbar, z.B. Gummi, Reifen).   
• 3 Beisiele von Kunsstfoff und was sie ersetzen können 1. PVC = Polyvinchlorid kann Holz ersetzen (Fußböden,  2. Nylon = Hexandisäure kann Baumwolle ersetzen 3. Neopren (Polychlorbutadien)  kann kautschuk ersetzen 
• Was ist ein Kunststoff (Polymere)? Kunststoffe (umgangssprachlich Plastik) sind organische, polymere Festkörper, die künstlich (synthetisch) aus monomeren organischen Molekülen oder Biopolymeren hergestellt wurden und natürliche Materialien ersetzen können. Man unterscheidet zwischen Thermoplasten (hart bis weich, verformbar, und schmelzbar wie PET Flaschen) Duropllasten (engvernetzt, starre Molekülaufbau, hart , spröde, daher nicht verformbar nicht schmelzbar. Kunstharze, Bremsbeläge) Elastomere ( lose vernetzte, dahher hohe Molekulare Bewglichkeit, daher weich, sehr verformbar, elastisch (auch reversible) nicht schmelzbar, Gummi, Reifen

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